Разработка новых материалов, методов их производства и работы с ними — одни из главных направлений комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ». Как именно ученые придумывают новые материалы? Они снятся им во сне, как когда-то Дмитрию Менделееву приснилась Периодическая таблица химических элементов?
Об одном из таких «методов» — биомиметике, — нам рассказал Егор Данилов из научного дивизиона Росатома.
Что такое биомиметика?
Биомиметика — особый метод создания объектов и материалов, подразумевающий заимствование существующих в природе идей.
Начиналась биомиметика с повторения форм из живой природы, их архитектуры. Например, первый водолазный колокол человек «списал» у паука-серебрянки, ныряющего с пузырьком воздуха. А на создание застежки-липучки нас вдохновил репей.
Сегодня же ученые стремятся повторить и, когда это возможно, улучшить структуру объектов живой природы. Возьмем, к примеру, медицину. Наши кости и зубы являются композитами, состоящими из нескольких слоев, которые отличаются по размеру и структуре пор, составу основных компонентов (непрерывной матрицы материала и волокон или других усиливающих (армирующих) частиц, которые нужны, чтобы повысить прочность и стойкость материала к воздействию различных внешних условий). Специальным образом смешивая специальные компоненты, мы получаем материалы, свойства которых очень похожи на природные. За счет этого такие искусственные кости и зубы не отторгаются организмом и поэтому могут неограниченно долго «работать» в теле.
Так биомиметика открывает путь к принципиально новым имплантатам. Например, ученые Росатома разрабатывают специальные покрытия для титановых имплантатов, чтобы те быстрее приживались.
Какие еще есть примеры успешной биомиметики?
Супергидрофобные материалы и покрытия. По структуре они копируют особенности микростроения поверхности листьев и лепестков лотосов. Микроскопические выступы и восковой слой вынуждают капли воды сворачиваться в шарики, которые легко скатываются с листа. Искусственные материалы и покрытия повторяют эту структуру, успешно добиваясь того же эффекта. Материалы с супергидрофобными покрытиями не намокают и меньше подвержены загрязнению.
Покрытия, собирающие конденсат. Тут вдохновением стал жучок, живущий в пустыне Намиб. На микроскопических пупырышках его наружного скелета эффективно собираются капельки воды. Повторив эту структуру, ученые создали покрытия, с помощью которых можно собирать воду в пустыне или, например, очищать опасные разливы химических веществ.
Всегда ли биомиметика использует композитные материалы?
Нет, но сама концепция композитных материалов состоит в том, что мы заранее знаем, что хотим от материала: какие свойства хотим получить, как он должен работать в тех или иных условиях. Зная эти точные требования, мы создаем или подбираем материал под ту область применения, в которой он должен работать. Это открывает огромные возможности.
Биомиметика здесь помогает нам тем, что, наблюдая успешные примеры адаптации материалов к конкретной области применения, мы можем изучить и «позаимствовать» структуру у природного материала, а потом подобрать необходимые компоненты и технологические подходы, чтобы такую структуру воспроизвести. Часто это помогает сэкономить огромное количество затрат времени и усилий.
В нашей лаборатории мы разрабатываем принципиально новые материалы, которые нужны для развития электроники, энергетики и других областей науки и технологий.
Смотрите полное интервью с Егором Даниловым по ссылке.
Читайте о том, «Как в России готовят научные кадры для развития аддитивных технологий».
Присоединяйтесь к команде научного блока Росатома, актуальные вакансии – на карьерном портале.
Подписывайтесь на канал и следите за новостями российской науки!