A kagylóhéj ihlette cement nyújtható, törhetetlen és nem is reped

Egy, a Princeton Egyetemen kifejlesztett új cementkompozitról bebizonyosodott, hogy 19-szer rugalmasabb és 17-szer ellenállóbb, mint a hagyományos cement, ráadásul anélkül nyúlik, hogy eltörne. Az osztriga és abalone kagylók héjának anyagából inspirálódva létrehozott cement új dimenziókat nyithat az építőiparban.

Az üveghez, fához és acélhoz képest a cement törékeny és nem túl rugalmas, ami korlátozza a felhasználási lehetőségeit. Bár néhány módszert már kipróbáltak a cement törésállóságának és képlékenységének javítására – például polimer, üveg vagy fém erősítések hozzáadásával –, de ezek az eljárások csak kis mértékű energiaelnyelést és törésállóságot eredményeztek, ráadásul az anyagok mikrostruktúrájának közvetlen megváltoztatása árán.

A Princeton csapata ehhez képest rájött, hogy a vékony polimer és a mintázott cementrétegek váltakoztatása jelentősen javíthatja az anyag hajlási képességét, anélkül, hogy eltörne. Az új kompozitok létrehozásához közönséges építőanyagokat, köztük cementpasztát és kis mennyiségű polimert használtak. Ezekből alkották meg a kagylóhéjak gyöngyháza által ihletett új kompozitokat, úgy, hogy a cementpasztalapokat rendkívül rugalmas polivinil-sziloxán polimerrétegekkel felváltva helyezték egymásra. Ezzel a megoldással háromféle gerendát készítettek: az elsőnél váltakozó cementpasztalapokat és vékony polimerrétegeket használtak; a másodiknál lézerrel véstek hatszögletű barázdákat a cementlapokra, amelyeket aztán polimer rétegekkel váltakoztattak; a harmadiknál pedig teljesen különálló hatszögletű cementtablettákat használtak, polimer kötőanyaggal (így imitálva a gyöngyházat).

Az így készült, többrétegű gerendák törési szilárdságát egy bevágott hárompontos hajlító teszttel próbálták ki. Az eredmények azt mutatták, hogy a kompozitok remekül utánozzák a gyöngyház energiaelnyelő mechanizmusait. Nevezetesen: a különálló kompozitok 17-szer nagyobb törési szilárdságot és 1791 százalékkal nagyobb képlékenységet mutattak, mint a tömör cement.

A kutatók szerint a jövőbeli kutatások kiterjedhetnek még több puha anyagra, amelyeket aztán rugalmas infrastruktúrákban lehet hasznosítani. A barázdák formáinak finomítására és a gyártási módszerek egyszerűsítésére például integrált laminálási-lézeres eljárásokat vagy additív gyártási megoldásokat lehet kitalálni, így a technológia előtt még több alkalmazási terület nyílhat meg.

Gábor János, NEW technology