Цемент нечасто называют пружинистым, эластичным и устойчивым к трещинам — однако команда ученых из Университета Пердью в США получила именно такой материал. Исследователи изучили недостатки напечатанных на 3D-принтере цементных конструкций, такие как неоднородность микроструктуры, и решили найти способы усовершенствовать материал.
Вдохновением для их работы стали прочные от природы панцири членистоногих, насекомых и ракообразных, иными словами, животных, у которых вместо кожи — экзоскелет. Во многих панцирях наблюдаются такие особенности, как гибкая конструкция, ячеистая форма наподобие пчелиных сот, ауксетические свойства и слоистая микроструктура. Все эти характеристики увеличивают прочность панцирей и поэтому были особенно интересны ученым.
Клешня рака-богомола — это один из примеров слоистой микроструктуры. Ученые отмечают, что в подобных моделях трещины развиваются по изогнутым линиям, следуя направлению волокон. Такая особенность обеспечивает прочность экзоскелета даже при наличии повреждений. Исследователи решили имитировать слоистую микроструктуру с помощью напечатанного на 3D-принтере цемента. В ходе испытаний образцы проявили отличную устойчивость к трещинам и ударам, а также показали уникальное распределение нагрузки без ущерба прочности.
Для определения слабых участков напечатанных на 3D-принтере цементных конструкций ученые также используют технологии КТ — полученные данные позволяют совершенствовать модели. Команда рассчитывает использовать результаты исследования для оптимизации структуры материала при строительстве зданий. В настоящее время ученые работают в небольших масштабах, однако и в крупномасштабных проектах подобная оптимизация позволит получать более прочные и устойчивые конструкции.
Понравился пост? Ставьте лайк и подписывайтесь на наш канал, чтобы следить за технологиями будущего!