У красивой, глупой хрупкой звезды, которая живет в коралловых рифах, есть ключ к разгадке супер жесткого стекла. Сотни центральных линз расположены на руках этого существа, которое является иглокожим под названием Ophiocoma wendtii. Эти линзы, сделанные из мела, мощны и точны, и расшифровка их прозрачной и наноразмерной структуры занимала Боуза Покроя и его команду, от Техниона-Израильского-технологического-института, в течение прошлых трех лет.
Благодаря исследованию, проведенному на трех ESRF beamlines, ID22, ID13 и ID16B, среди других лабораторий, они выяснили уникальный защитный механизм очень стойких линз.Как пример, возьмите умеренный стакан. Это произведено, проявив сжимающее давление на стакан, который сжимает его и оставляет его более компактным, чем в его естественном состоянии. Стеклянная закалка выполнена, быстро нагревшись и затем быстро охладив материал.
В этом процессе, за пределами материала охлаждается более быстро, чем внутренняя часть и таким образом сжимает внутреннюю часть. Линзы Ophiocoma wendtii созданы в открытом море, при комнатной температуре, в отличие от умеренного стекла. «Мы обнаружили стратегию того, чтобы сделать хрупкий материал намного более длительным при естественных условиях. Это – ‘кристаллическая разработка’ и умеряющий, не нагреваясь и подавляя – процесс, который мог быть очень полезным в разработке материалов», объясняет Покрой.Формирование линз кальцита было обнаружено благодаря длинному ряду экспериментов в ESRF и просвечивающего электронного микроскопа Титана в Технионе. «Когда мы сначала приехали в ESRF мы didn´ t ожидают, что наше исследование достигнет этих результатов», говорит Покрой.
Команда была на первом месте к ID22, где они использовали порошковую дифракцию рентгена, чтобы изучить материал в порошковой форме, нагревая его. «Мы поняли, что у нас были нанообласти после этого эксперимента, таким образом, мы сделали некоторую микроскопию электрона передачи дома, затем приехали в ID13, чтобы нанести на карту нанообласти и наконец в ID16, чтобы сделать томографию о том, как различные частицы устраиваются в различных слоях», добавляет он.Команда, которая включает ученых из Висконсинского университета (США), Музея естественной истории округа Лос-Анджелес (США), Университет Тренто (Италия) и Больница Charite в Берлине (Германия), обнаружила, что решающая стадия в процессе формирования линзы – переход от аморфной фазы – фазы между жидкостью и телом – к прозрачной фазе.
На данном этапе, наночастицы кальцита, которые являются богатыми магнием и характеризуемые относительно низкой плотностью, отдельными от остальной части материала. Различие в концентрации магния в частицах кальцита вызывает различные степени твердости, плотности и давления в различных областях материала. Богатая магнием пресса частиц на внутренней части линзы, как это кристаллизует и «умеряет» его в ясный и жесткий прозрачный материал.
«Природа показывает огромную креативность в улучшении способностей организма в различных контекстах, таких как сила, ощущение и самооборона. Здесь, также, в процессе создания выносливых и точных прозрачных линз, мы видим огромную эффективность в использовании существующего сырья при условиях в окружающей среде».
Инженеры теперь могут использовать эту недавно обнаруженную биостратегию в ужесточении и укреплении синтетических керамических материалов в различных заявлениях, которые охватывают от оптических линз до автомобильных турбокомпрессоров и даже внедрений биоматериала.