Cement otporan na pucanje inspirisan kičmom morskih ježeva

Prirodni svet je neiscrpni izvor inspiracije naučnicima i inženjerima. Najnovija inovacija iz oblasti uticaja bioorganizama dolazi od tima nemačkih istraživača koji su razvili novu vrstu cementa. Ovaj cement inspirisan je nanostrukturama pronađenim u kičmama morskih ježeva.

Tim je bio inspirisan otpornošću strukture kičme morskih ježeva, koja je prvenstveno sastavljena od krhkog materijala koji se zove kalcit. Ipak, uprkos prirodi kalcita, kičme su neverovatno izdržljive zbog stila gradnje koji je sličan „zidanju opekom“ ali na nano nivou.

Slika 1. Ispitivanje kičme morskih ježeva (foto: University of Konstanz)

Otkriveno je da su kičme morskih ježeva toliko teške zato što su kristalni blokovi od kalcita okruženi mekšim područjima od materijala koji se zove kalcijum karbonat. To znači da kada kalcit pukne, da se energija pomera na mekši sloj koji sprečava dalje pucanje.

Izazov pri prevođenju ovog principa na cement je bio taj što cement ima mnogo neuređenu strukturu. Helmut Cölfen, šef istraživačkog tima, kaže da je tim morao da pronađe način kako da stvori „otpornost na pucanje na nano nivou".

Slika 2. Proces ekperimentisanja dobijanja cementa inspirisan kičmom morskih ježeva (foto: University of Konstanz)

Ključno je bilo otkrivanje materijala koji se pranjao česticama cementa omogućavajući da se ovaj efekat „zidanja opekom“ replicira unutar cementa na nano skali. Deset negativno naelektrisanih peptidnih kombinacija su identifikovane kao savršeni molekuli za stvaranje nanostrukturisanog cementa.

Koristeći elektronski mikroskop za analizu i testiranje rezultujućeg optimizovanog cementa, tim je izračunao da on ima vrednost otpornosti na pucanje od 200 megapaskala, što je približno vrednosti koje ima čelik.

Slika 3. Mikroskopski prikaz eksperimenta savijanja, uvećan 2000 puta (foto: University of Konstanz)

Zaključak studije je da bi ovaj novi cement mogao da stvori beton koji je između 40 i 100 puta jači od trenutnih mešavina.

„Naš cement, koji je znatno otporniji na pucanje od bilo čega do sada razvijenog, pruža nam potpuno nove mogućnosti izgradnje", kaže Cölfen.

Rezultati su objavljeni u časopisu „Materials Science“.