海胆身上覆盖着一丛刺在中世纪英语的方言中,urchun意思是“刺猬”,但棘皮动物锋利的,有时有毒的突出物一点也不可爱。但一些研究人员建议通过仔细观察它们的内部结构,从另一个角度来看待它们。如果你稍微眯一下眼睛,它可以为更有弹性的建筑材料提供蓝图。
在最近发表于科学的进步德国康斯坦茨大学和斯图加特大学的研究人员提出,海胆脊柱是改善混凝土的一个很好的模型。这种材料通常是由粗碎的岩石或砾石与细沙颗粒,再加上水泥和水混合而成,自古罗马人将其引入万神殿的穹顶以来,这种材料一直被浇筑在真正的海洋中。美国生产了超过8300万吨的混凝土仅2016年一年。
因为混凝土弹性不大,容易开裂,所以通常用钢筋或其他支撑物来加固。研究人员写道,海胆的刺也可能很脆,因为它们是由易碎的方解石制成的,但它们却相当耐用,因为它们像砖块一样堆叠在一起,上面铺着较软的碳酸钙,防止它们碎裂。
“我们的目标是向大自然学习,”研究人员之一赫尔穆特Cölfen说,在声明中。许多工程师都对仿生学抱有信心,或者指望大自然来解决令人烦恼的设计问题。例如,剑桥大学的一个实验室就是这样想象一下受骨头或蛋壳特性启发的建筑。在这种情况下,研究人员认为软硬材料的分层似乎很有希望。但这很难应用到混凝土中,因为它的所有成分都被搅拌成一种均匀的浆料。
考虑到海胆的弹性设计,研究小组将其放大到纳米级。在那里,他们能够合成一种只与水泥结合的材料,而不是混合物中的其他材料。这使得他们在脊椎中观察到的力量和柔韧性的叠加成为可能。Cölfen说:“如果我们成功地设计了材料的结构,重现了大自然的蓝图,我们也将能够生产出更多的抗断裂材料。”研究人员表示,该技术产生的物质比标准混凝土的抗断裂能力高出40到100倍。
摩天大楼变得越来越大因此,建筑师和工程师必须在材料上发挥创意。事实证明,海底可能是一个寻找灵感的好地方。
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