Спецтемы

Ученые рассчитывают применять в самолетах искусственную зубную эмаль

Зубная эмаль
Автор: Сергей Кузнецов

Неизбежные вибрации в различных машинах и механизмах можно устранить путем применения материалов с конструкцией, подобной зубной эмали.

Большинство материалов, эффективно поглощающих вибрации - мягкие, поэтому они не могут создать прочные структурные компоненты, такие как балки или шасси самолета.

«Искусственная эмаль - это лучше, чем современные коммерческие и экспериментальные материалы, которые направлены на те же вибрации», - считает Николай Котов, профессор химической инженерии. «Они легче, более эффективны и, возможно, дешевле».

Ученые изучили многие структуры в организме животных, которым приходится выдерживать удары и вибрации: кости, панцири и зубы, варьирующиеся от вида к виду и по долговечности.

О зубной эмали рассказывают разные истории. Под электронным микроскопом она имеет аналогичную структуру как для тиранозавра, так и для домашнего кота.

В отличие от костей, которые могут восстановиться, зубная эмаль должна существовать всю жизнь зуба - десятилетия или дольше. Она должна выдерживать многократные удары и колебания без растрескивания.

Эмаль состоит из колонн керамических кристаллов, помещенных в матрицу из белков, и создает твердое защитное покрытие. Этот слой иногда повторяется.

Причина, почему эта структура эффективно поглощает вибрации, заключается в том, что жесткие наноразмерные столбики изгибаются под нагрузкой сверху, создавая сильное трение с мягким полимером вокруг них в пределах эмали. Большая площадь контакта между керамическими и белковыми компонентами дополнительно увеличивает диссипацию энергии, которая в противном случае может привести к повреждению конструкции.

Ученые воссоздали структуру эмали путем наращивания нанопроволоки из оксида цинка. Затем они поместили эту нанопроволоку между слоями из полимеров.

Для создания всего одного микрометра эмалеподобной структуры пришлось создать 40 таких слоев. Общая толщина искусственной эмали составила 20 микрометров. Любые, даже молекулярные и наноразмерные промежутки между полимерами и керамикой, могли бы снизить прочность материала и интенсивность трения, поэтому работа проводилась чрезвычайно тщательно.

Исследователи свидетельствуют о том, что их синтетическая зубная эмаль приближена к возможностям реальной зубной эмали в плане защиты себя от повреждений из-за вибрации. Компьютерное моделирование синтетической эмали, проведенное учеными Мичиганского технологического университета Иллинойса, подтвердило, что такая структура диффундирует силы от вибрации через взаимодействие между полимером и столбцами керамики.

Профессор Котов надеется, что его синтетическая эмаль будет применяться в самолетах и других механизмах, в которых колебания являются неизбежными. Проблемой, по его словам, будет автоматизация производства материала.

Результаты исследования опубликованы в статье «Абиотические зубные эмали» в журнале Nature.

23:48:48 - 54.159.66.70 - CCBot/2.0 (http://commoncrawl.org/faq/) - http://ftimes.ru/tech/113471-uchenye-rasschityvayut-primenyat-v-samoletax-iskusstvennuyu-zubnuyu-emal.html


Прокомментировать








Выбор читателей



Это интересно