Новый способ получения искусственной паутины


Искусственная паутина.
Искусственная паутина.

Учёные из Швеции, Китая, Испании и Великобритании получили искусственную паутину без использования агрессивных химикатов. Разработанный ими метод позволяет синтезировать километр волокна из литра белкового раствора. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.

Паутина — очень лёгкий и крайне прочный материал. Предельное напряжение на разрыв нити паука может достигать 1,75 ГПа — для сравнения, для разных видов стали этот показатель составляет от 0,2 до 2 ГПа. При этом паутина гораздо легче металлов и в тридцать раз тоньше человеческого волоса. Неудивительно, что учёные заинтересовались природным материалом. Но он замечателен не только уникальными механическими свойствами — паутину можно успешно использовать в медицине. К примеру, российские учёные показали, что содержащиеся в ней белки способствуют эффективному заживлению ран у мышей.

Хорошо знакомые нам ловчие сети пауков состоят из нескольких типов нитей — радиальной, ловчей, вспомогательной спирали и каркасной нити. Именно каркасная нить занимает исследователей больше всего, потому что обладает одновременно высокой прочностью и высокой эластичностью. Чем же объясняются её свойства и как бы их воспроизвести на практике? Основные компоненты каркасной нити — белки-спидроины 1 и 2. Спидроины и другие протеины накапливаются в железе паука в жидкой форме, а затем выделяются через специальные каналы — прядильные трубочки — при этом структура белков изменяется и они затвердевают в форме тонких нитей. Учёные давно думают над тем, как получать паутину в промышленных масштабах. Её можно просто «надоить» из пауков, но это неэффективно: чтобы произвести ощутимое количество материала понадобится слишком много членистоногих. Поэтому исследователи получают спидроины из других организмов с помощью генной инженерии. (далее…)

Раки-богомолы помогут создать новые ударопрочные материалы


Павлиний рак-богомол
Павлиний рак-богомол.

Учёные исследуют панцирь рака-богомола в надежде, что его строение подскажет, как создать более прочные композитные материалы для военного и гражданского применения. (далее…)

Неизвестный ранее особо прочный природный материал


Зубы моллюска.
Изображение зубов моллюска, полученное с помощью электронного микроскопа.

Исследователи из Портсмутского университета (Великобритания) обнаружили у морских блюдечек зубы из неизвестного ранее биологического материала, чрезвычайно прочного. Это открывает новые перспективы в создании искусственных материалов с подобными свойствами.

Механические свойства мельчайших зубов морских блюдечек были исследованы с помощью атомно-силовой микроскопии, метода, позволяющего изучить структуру материала на уровне отдельных атомов.

Возглавил работу профессор Аса Барбер (Asa Barber). По его словам, обнаруженный материал даже более прочен, чем шёлковые нити пауков. В его основе — минерал гётит.

«Морские блюдечки нуждаются в зубах высокой прочности, чтобы соскребать водоросли, которыми они питаются, с каменных поверхностей. Мы обнаружили, что волокна гётита в зубах моллюска обладают устойчивой композиционной структурой. Наше открытие означает, что эти волокнистые структуры могут быть повторены и использованы в промышленности» — говорит Барбер. (далее…)

Лёгкий и прочный высокоэнтропийный сплав


Мифрил.
Мифриловая кольчуга. Мифрил — благородный металл, придуманный Толкином. Основное приписываемое ему свойство — лёгкость в сочетании с невероятной прочностью.

Исследователи из университета штата Северная Каролина (США) и Катарского университета (Катар) разработали новый высокоэнтропийный металлический сплав, который имеет лучшее отношение прочности к весу, чем любой другой из существующих металлических материалов.

Высокоэнтропийные сплавы — это материалы, которые состоят из пяти или более металлов в приблизительно равных долях. Такие сплавы в настоящее время изучаются специалистами в области материаловедения и инженерии, так как обладают свойствами, нехарактерными для сплавов обычных.

Научная группа университета Северной Каролины создала сплав, состоящий из лития, магния, титана, алюминия и скандия. При низкой плотности он обладает большой прочностью.

«Плотность сплава сравнима с алюминием, но он прочнее титановых сплавов, — говорит д-р Карл Кох (Carl Koch), профессор кафедры материаловедения и инженерии университета Северной Каролины и старший автор статьи об исследовании.  — Это сочетание высокой прочности и низкой плотности, насколько мы можем судить, не имеет аналогов среди известных металлических материалов. Отношение прочности к весу сравнимо с некоторыми видами керамики, но мы думаем, что наш материал менее ломкий, чем керамика». (далее…)

Сверхпрочная плитка для бронеавтомобилей


Бронеавтомобиль "Тайфун".
«Тайфун» — перспективное семейство бронеавтомобилей повышенной защищённости, разрабатываемое кооперацией более чем 120 предприятий, среди которых автозавод «Урал», НТЦ ОАО «КамАЗ», Ярославский моторный завод, НИИ Стали (броня), Федеральный ядерный центр в Сарове (расчёт защищённости бронекорпуса), «Магистраль ЛТД» (бронестёкла), МГТУ им. Баумана (гидропневматическая подвеска). «Тайфуны» участвовали в военном параде в Москве 9 мая 2014 г.

Бронеплитка для военных изделий, которую разработали и запатентовали учёные Томского политехнического университета, прошла успешные испытания в качестве брони автомобиля повышенной прочности «Тайфун». Об этом сообщил директор Научно-образовательного инновационного центра ТПУ «Наноматериалы и нанотехнологии» Олег Леонидович Хасанов.

Технология производства качественной наноструктурной керамики может использоваться в военной промышленности, для изготовления пуленепробиваемых стёкол, иллюминаторов при производстве самолётов — везде, где нужны высокопрочные, жаростойкие материалы, нечувствительные к перепадам температуры. Промышленное производство керамических бронепластин организовано на Новосибирском электровакуумном заводе (ОАО «НЭВЗ-Союз»).

Автомобиль повышенной прочности «Тайфун», бронированный плиткой, изготовленной по разработанной в ТПУ технологии, успешно прошёл испытания. Стойкость бронеплитки соответствует как российским, так и международным стандартам. «Мы повысили качество таких изделий до уровня международных стандартов», — сказал Олег Хасанов. По его информации, укреплённые новой бронеплиткой «Тайфуны» будут выпускаться серийно с 2015 года. (далее…)

Производство фуллерита можно поставить на поток


Структурная схема бакминстерфуллерена
Структурная схема бакминстерфуллерена (фуллерена C60).

Исследователи из Технологического института сверхтвёрдых и новых углеродных материалов в Троицке, МФТИ, МИСиС и МГУ разработали новый метод синтеза ультратвёрдого материала, который превосходит алмаз по твёрдости. Детальное описание способа, позволяющего синтезировать ультратвёрдый фуллерит — полимер на основе фуллеренов, молекул в виде сфер из атомов углерода, — приводится в журнале Carbon.

В своей работе учёные отмечают, что алмаз уже давно не является самым твёрдым материалом. Натуральные алмазы имеют твёрдость около 150 гигапаскалей — сейчас первое место в перечне самых твёрдых материалов занимает ультратвёрдый фуллерит с показателем твёрдости от 150 до 300 ГПа.

Ультратвёрдыми материалами называют все, что твёрже алмаза; материалы мягче алмаза, но твёрже нитрида бора обозначают как сверхтвёрдые: нитрид бора с кубической решёткой почти втрое твёрже хорошо известного корунда. (далее…)

Новый метод обработки материалов


Доктор Аниш Рой.
Доктор Аниш Рой.

Исследователи из Университета Лафборо (Великобритания) создали устройство, которое кардинально изменит методы резки, сверления и фрезерования на производстве. Новый инструмент позволяет с легкостью обрабатывать даже такие материалы, как используемые в аэрокосмической отрасли высокопрочные композиты.

Инновация заключается в применении ультразвука в процессе обработки материала. Под воздействием ультразвуковых колебаний с частотой между 20 и 39kHz материал становится более податливым — работа с ним требует меньших усилий, результат достигается быстрее и с лучшим качеством.

Технология UAM («ultrasonically-assisted machining») стала результатом развития идей профессора Владимира Бабицкого из Wolfson School of Mechanical and Manufacturing Engineering. Участие доктора Аниша Роя, профессора Вадима Силбершмидта и их рабочих коллективов позволило создать действующее устройство, обладающее уникальными возможностями.