Nejpevnější přírodní materiál

20. únor 2015

Zuby jednoho vodního plže jsou “vyrobeny” z pevnějšího materiálu, než je pavoučí hedvábí nebo Kevlar. K tomuto závěru dospěli britští vědci z univerzity v městě Portsmouth.

V angličtině je tento plž nazýván limpet (přílipka, latinsky Patella vulgata). Aby bylo možno zmíněný materiál mechanicky roztrhnout, nutná síla vynaložená na jednotku plochy se už blíží tlakům, při kterých běžný uhlík (grafit) přechází v diamant. Pevnost materiálu, z něhož se zub skládá, je asi pětkrát vyšší, než pevnost většiny typů pavoučího hedvábí. Dosahuje úrovně nejpevnějších uměle vyrobených uhlíkových vláken. Samotné zuby přitom nemívají větší délku než jeden milimetr.

Přílipky využívají svých zubů k tomu, aby se přichytily k pobřežním skaliskům podél mořských břehů, a také jimi seškrabávají z kamenného povrchu řasy, které jim slouží jako obživa. Když chtěli vědci plže od skalisek odtrhnout, museli často použít páčidlo. Zuby přílipek mají přitom velmi zvláštní kompozitní nanostrukturu - obsahují zpevněná nanovlákna minerálu zvaného goethit s obsahem železa, přičemž to vše je součástí měkčí chitinové matrice či obalu.

Přílepka

Nanovlákna jsou zhruba 100krát tenčí než lidský vlas, přičemž vydrží v tahu tlak až 3 – 6,5 gigapascalů. Podobné kompozitní vlákno o tloušťce špagety by uneslo kolem 1300 kilogramů váhy. Vědci zkoumali materiál zubů přílipek a jeho mechanické vlastnosti na úrovni jednotlivých atomů - pomocí tzv. mikroskopu atomových sil. Pevnost kousků zubu přitom viditelně nezávisela na jejich velikosti, což je důležité, pokud bychom chtěli na bázi příslušného materiálu vyrábět velké struktury. Zuby se také ukázaly jako velmi pružné a pružnost neztratily ani při svém prodloužení na čtyřnásobek původní délky.

Pokud by se podařilo tento materiál zpracovat průmyslově, mohli bychom se těšit na superpevná vlákna, velmi tvrdé vrtáky, neprůstřelné vesty, odolné karosérie aut nebo superpevné trupy lodí a letadel.

Zuby přílepky na snímku z elektronového mikroskopu

Otázka využití zubů přílipek nebo nějakého materiálu na podobné bázi je však momentálně nejasná. Přírodní zdroj je poměrně vzácný a extrakce zubů přímo z plžů nákladná a neefektivní. Vědci se tedy budou muset vydat cestou syntetické výroby nějakého vhodného analogu, podobného svými vlastnostmi materiálu zubů přílipek.

Zdroje: Popular Science, Phys.Org, New Scientist, University of Portsmouth, IFL Science, LiveScience, Telegraph, Journal of the Royal Society Interface (PDF), Interface 2, BBC

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio