Китайские исследователи создали первое в мире керамическое вещество, которое может гнуться подобно металлу. Эта разработка, позволит улучшить искусственные суставы и эксплуатационные характеристики двигателей.

Гибкая керамика может быть использована для изготовления протезов будущего. NiseriN/iStock 

До этого исследования считалось, что гибкость и прочность керамики понятия диаметрально противоположные, поэтому при улучшении одного показателя ухудшаются характеристики другого.

Чен Кексин, материаловед, возглавлявший исследование, утверждает, что ученым впервые удалось создать новый материал одновременно прочным и гибким. Новое вещество обладает твердостью керамики и гибкостью металла. "Эта керамика может произвести технологическую революцию во многих отраслях промышленности", - сказал Чен, профессор кафедры инженерных наук и материаловедения Национального фонда естественных наук Китая.

27 октября Чен и его коллеги из Университета Цинхуа опубликовали результаты своих исследований в журнале Science. Эркка Франкберг из Университета Тампере в Финляндии в статье, опубликованной в том же номере журнала Science, заявил, что это открытие "может привести к созданию материалов, которые будут легче и прочнее, самых качественных металлических сплавов известных на сегодняшний день".

"Исследования пластичности керамики проводились по всему миру с тех пор, как я начала свою карьеру более 30 лет назад. Можно сказать, что сегодня мы наконец-то достигли прорыва в этой области", - сказал Чен.

Гибкая керамика может совершить революцию в конструкциях аэрокосмических двигателей будущего. baranozdemir/iStock

Новая гибкая керамика использует нанотехнологии

С помощью нитрида кремния ученые создали крошечные "наностолбики" двух различных кристаллических формаций. Если на одну такую структуру действует внешняя сила, она трансформируется в другой тип. Такой механизм позволяет материалу изгибаться, а затем возвращаться к своей исходной форме.

Подобные вещества могут быть особенно полезны для создания авиационных двигателей. Известно, что керамические материалы прочные, легкие и термостойкие. Гибкие керамические двигательные установки  смогут работать на очень высоких температурах и с гораздо лучшей топливной эффективностью, чем обычные двигатели из металлов. А благодаря снижению веса мотора сократится нагрузка на другие компоненты.

Такое вещество найдет применение в автомобилестроении. Так как керамические элементы смогут выдерживать более высокую температуру сгорания топлива, создавая большую тягу и сокращая загрязнение окружающей среды.

Керамика из нитрида кремния может заменить металл в протезах суставов, поскольку она биосовместима, имеет малый вес и устойчива к бактериям. Большинство протезов, изготовленных из металла, приходится менять каждые десять лет, что довольно затратно и проблематично. "Искусственные суставы, изготовленные из керамики, могут прослужить всю жизнь после имплантации", - пояснил Чен.

Эксперты, заявили, что материал может быть использован для изготовления подшипников - важной части ветряных турбин, соединяющей генератор с лопастями вентилятора. Долговечность каждого подшипника, который в процессе эксплуатации должен выдерживать давление в несколько тонн, существенно влияет на общий срок службы системы.

"Наша гибкая керамика из нитрида кремния может быть использована для изготовления подшипников, которые прослужат гораздо дольше. Это позволит значительно сократить расходы на ветроэнергетику", - объясняет Чен.

Вы можете самостоятельно ознакомиться с исследованием в журнале Science

Источники: 
https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.abq7490