Команда исследователей из Университета Дарема и Института Фраунгофера создала первый в мире «нережущийся материал». Материал под названием Proteus отличается высокой пластичностью, совместимой с абсолютной устойчивостью к точечным динамичным нагрузкам.

Вдохновением для создания материала стала кожура грейпфрута и раковина моллюска абалона (также известного как морские ушки). Толстая кожура грейпфрута представляет собой плотный и в то же время пористый материал, благодаря которому фрукт хорошо сохраняется при перевозке и относительно легко переносит механическое воздействие. Раковины моллюсков состоят из нескольких слоёв пластинок карбоната кальция в виде арагонита, кальцита или ватерита, соединённых между собой более пластичным белковым веществом.

Proteus представляет собой биомиметический материал, который состоит из пористых шариков из керамики на основе глинозёма (неорганический аналог пластинок карбоната кальция) в оболочке из алюминиевой пенистой структуры. Шарики никак не закреплены в толще металлической пены: их можно сравнить с изюминками, распределёнными между слоями пышного дрожжевого теста. Материал обладает низкой плотностью – до 15% плотности обычной стали, однако он способен выдерживать точечную динамическую нагрузку, например, воздействие угловой шлифовальной машины или ударной дрели.

Название материала – Proteus – происходит от имени древнегреческого морского божества Протея, сына Посейдона и Геры, который славился своей изменчивостью и способностью быстро адаптироваться к любым условиям. В творении британских и немецких учёных сходство с Протеем проявляется в способности «отражать» воздействующую силу за счёт создания дополнительного сопротивления при повреждении керамических шариков и обращения разрушительной силы против её источника. Внешний слой материала легко крошится под нагрузкой, превращаясь в мелкие песчинки, которые заполняют собой полости алюминиевой пены.

Затем Proteus начинает твердеть со скоростью, равной скорости режущего инструмента, поскольку из-за сильных вибраций атомные связи в керамических гранулах усиливаются. Кроме того, материал многократно усиливает вибрацию инструмента и создаёт резонанс, который разрушает диск шлифовальной машины или сверло дрели, а также может повредить механизмы их крепления. Контраст между пенистым слоем и гладкими глинозёмными шариками также делает материал устойчивым к воздействию гидроабразивной резки. При контакте с выпуклой поверхностью гранул струя инструмента расширяется и, как следствие, замедляется и слабеет.

Исследователи планируют в скором времени запатентовать свой «нережущийся материал». Они считают, что Proteus является весьма перспективным проектом, доступным для массового производства ввиду обилия как металлических, так и керамических компонентов. Учёные предполагают, что такой материал можно использовать для изготовления велосипедных замков, легковесной брони и защитного оборудования для людей, работающих с режущими инструментами.

Источник: Non-cuttable material created through local resonance and strain rate effects