Slagtålig keram när forskare härmar pärlemor

2008-12-12 09:40  

Elastiska och starka bilkarosser, lätta och tåliga jetmotorer, energieffektiva byggnader. Forskare i USA har hittat ett sätt att tillverka keramik så att det håller för nya tuffa tillämpningar. Förebild är naturens eget supermaterial, pärlemor.

De keramiska materialen har fått en riktig tuffing i familjen. Forskare vid Lawrence Berkeley National laboratory har lyckats ta fram en keram som inte bara är lätt, hård och tål värme bra - den har också en seghet som resten av familjen saknar.

Den nya egenskapen är resultatet av att Robert Richie och hans kollegor lyckats apa efter uppbyggnaden av pärlemor, materialet som ger musslor ett superskydd som bara krossas av hammare eller av bläckfiskens hårda näbb.

För att lyckas med tricket laborerade forskarna med att frysa en blandning av vatten och partiklar av aluminiumoxid. Nerkylningen resulterade i att blandningen stelnade på ett sätt som liknar den struktur som bitar av kalciumkarbonat sitter sammanfogade i musslans pärlemorskikt. De sitter ihop i form av tunna skikt, som i musslan binds ihop med en biopolymer. För att ersätta den använde forskarna en vanlig termoplast (PMMA).

Resultatet är en keram som är 300 gånger hårdare och segare än de ingående komponenterna var för sig. Och att forskarna blev de första som verkligen lyckats efterskapa det material som andra under årtionden gjort allt för att efterlikna.

- Nyckeln till materialets styrka är förmågan att sprida

dragpåkänningar, säger Robert Richie, vid materialcentrumet på Berkeley National laboratory, i ett uttalande.

- Genom att vi fyller tomrummen mellan lagren med en polymer kan de glida över varandra när materialet belastas. Polymeren fungerar som ett slags smörjmedel, förklarar han.

Att de spröda, hårda plattorna sitter på ett sätt som liknar det i en tegelstensmur motverkar dessutom att sprickor sprider sig.

Robert Richie betonar att de nya keramerna är i ett tidigt utvecklingsstadium. Det hindrar inte att han redan talar om

tillämpningar i form av bilkarosser i keramik, byggelement för energieffektiva byggnader, skyddsvästar och skottsäkra fordon.

På tur står nu ytterligare förbättring av materialet. Det ska ske genom att andelen aluminium ökar. Forskarna ska också försöka ersätta plasten med metall för att öka materialets förmåga att klara belastning.

Biomimetik

Att vi människor härmar förebilder i naturen är inget nytt. Företeelsen heter biomimetik. Kardborrebandet är inspirerat av tistlar, nya typer av starka lim har musslans förmåga att hänga fast vid klippor under vatten som förebild och japanska snabbtåget Shinkansen 500 har fått sin spetsiga form från kungsfiskarens näbb, en form som gör att tåget blir tystare.

Ulla Karlsson-Ottosson

Mer om: FoU Keramer

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt

Läs mer