Titulní strana
Články
Mořští ježci jsou inspirací pro vývoj superpevného cementu

Mořští ježci jsou inspirací pro vývoj superpevného cementu

14. 4. 2018

Už plánujete letní dovolenou? Až se budete procházet u moře, prohlédněte si dobře tohoto malého a zvláštního živočicha. Mořský ježek působí velmi křehkým dojmem, tedy alespoň do okamžiku, kdy na něj bosou nohou šlápnete. Navzdory tomu, že jeho skořápka na první pohled za mnoho nestojí, vyjde z takového setkání o poznání lépe než vy. Těžko říct, jak často inženýři Univerzity v Konstanz dupou na mořské ježky. Ale jisté je, že je jejich tělesná stavba inspirovala k revolučnímu objevu v oblasti vývoje superodolného cementu.

Prohlédnout fotogalerii1 fotografie

Univerzita v Konstanz (nebo hezky česky, v Kostnici) se zatím na globálním poli materiálové technologie a konstrukčních řešení příliš neprosazovala. Tým fyzikálních chemiků vedený Helmutem Cölfenem to může změnit. Z rozjímání nad mořskými ježky, které je těžké rozdupnout, se totiž s kolegy nedávno dopracoval až k praktickému objevu. Cementu, který je vysoce odolný vůči mechanickému narušení. Konkrétně pak k „prasklinám a frakturám“. Cement obvykle nebývá přímo využíván jako stavivo, ale spíše ve směsi pojiva. Přesto ale může inovace v této oblasti sehrát zásadní roli.

Když malta střídá cihly

„Ostny mořského ježka jsou povětšinou tvořeny vápníkem, což je obvykle dost křehký materiál,“ začíná s vysvětlováním Cölfen. „Jenže právě v případě mořských ježků se projevují jako velmi, odolné mechanickému tlaku. Mnohem více, než „obyčejné“ struktury z vápníku.“ Klíčový je zde způsob jejich uložení. „Příčinou jejich nesporné síly je přírodní spojení materiálů o různých fyzikálních vlastnostech, a výstavbový princip, ne nepodobný cihlovým zdím.“ O jaký princip jde? Cihla a malta, tedy pevný konstrukční materiál, napojený na sebe v překrývajících se vrstvách s pomocí adheziva.

V případě ostnů mořských ježků se jedná o krystalické bloky propojené makromolekulami. Nic, co by šlo vidět pod mikroskopem, protože se pohybujeme v „nano“ horizontech. Tento výstavbový princip, aplikovaný v nanoměřítku, je možné aplikovat i na cement. „Neděláme nic jiného, než zedníci: tuhé vrstvy prokládáme jemnými. A využíváme k tomu paprsek iontů, kterým vyřezáváme do kostiček o průměrné velikosti tří mikrometrů potřebné části,“ popisuje Cölfen. Je to poněkud titěrná práce, ale přenesená zpět do měřítek blízkých lidem se může vyplatit.

Zdroj: University Konstanz (pohled na výstavbu ostnů mořských ježků pod el. mikroskopem)

Rozložený tlak zvyšuje odolnost

Pokud šlápnete na křehké vápníkem tvořené ostny mořského ježka, mělo by to pro něj dopadnout přinejmenším stejně špatně jako pro vás. To se ale nestane: měkká vrstva transformuje destruktivní energii a rozvede ji, rozmělní po ploše. Poškození je tím značně limitováno. A cement obohacený nano-strukturami si počíná podobně. „Náš cement je prokazatelně odolnější vůči mechanickému poškození, než pravděpodobně cokoliv jiného, co je dosud v oboru používané,“ říká Cölfen.

„S pomocí tohoto cementu můžete vystavět sloup 8000 metrů vysoký, tedy asi desetkrát vyšší než současná nejvyšší stavba světa. Teprve pak narazíme na bod, kdy se materiál začne hroutit sovu vlastní vahou.“

„Pracujeme tu v měřítku, ze kterého přímo neplyne okamžitý výsledek pro stavební průmysl,“ dodává Cölfen. „Inspirujeme se, učíme se od přírody. Reorganizace cementové struktury v nanoměřítku je ale více než slibnou cestou. Navíc: mořští ježci pracují s vápníkem, který je pro ně nejdostupnější. Lidská civilizace má k dispozici mnohem odolnější materiály. A pokud na nich budeme v nanoskopickém měřítku principy výstavby aplikovat, můžeme se dostat mnohem dál. Dá se říct, že příroda nám prostřednictvím mořských ježků předává konstrukční plán na mimořádný objev, superodolný cement.“