Изображение раковины Placuna placenta, повреждённой алмазом, полученное при помощи электронного микроскопа Scanning Electron Microscope (SEM). Фото: MIT

Раковина моллюска Placuna placenta (плакуна тропическая) известны тем, что их очень сложно разбить или проткнуть, но при этом они настолько прозрачны, что при желании сквозь такую раковину можно прочесть текст. Ещё более удивительно, что на 99 процентов раковина этих моллюсков состоит из хрупкого минерала кальцита. Специалисты из Массачусетского технологического университета выяснили, почему же в этом случае броня устриц остаётся весьма прочной.

Как оказалось, уникальные свойства раковины можно объяснить её наноструктурой, обеспечивающей как высокую оптическую прозрачность, так и возможность избегать серьёзных деформаций.

Эволюция подарила многим животным экзоскелеты, способные защитить их от зубов хищников, и на практике подобные экзоскелеты зачастую способны выдержать испытания, которые рукотворной броне на керамической основе оказались бы не под силу. Дело в том, что искусственная броня, выдержавшая много проникающих атак, деформируется настолько, что теряет структурную целостность. Если же она изначально была прозрачной, то он ударов может пострадать и эта характеристика брони.

Чтобы выяснить, в чём именно состоит преимущество раковины Placuna placenta, лишь на 1 процент состоящей из органических материалов, Линг Ли (Ling Li) и Кристин Отиз (Christine Ortiz) использовали заострённый алмаз и установку, позволяющую регулировать силу нажатия, а также высокоточные методы измерения, такие как электронная микроскопия, для изучения полученных раковиной повреждений. В результате выяснилось, что раковины сохраняют целостность благодаря происходящему на уровне атомов процессу под названием двойникование, в результате которого каждый из кристаллов кальцита, расположенные вокруг повреждённой точки, делится на два одинаковых и зеркально расположенных по отношению друг к другу, подобно крыльям бабочки, сегмента. В результате от повреждённого сегмента не могут разойтись трещины. После этого запускается ряд других механизмов, обеспечивающих диссипацию энергии и предотвращающих нарушение механической или оптической целостности панциря. В результате вокруг точки, которой был нанесён урон, формируется материал, в десять раз более эффективный с точки зрения диссипации энергии, чем «чистый» минерал.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Materials предполагают, что благодаря полученной ими информации станет проще получить синтетический аналог раковин Placuna placenta, который мог бы превзойти порождённый эволюцией оригинал. Например, подобный материал мог бы послужить основой для окон будущего.

Источник