Morska spužva (euplectella) moje nove tehnologije

Spužve staklo graditeljske strukture koje predstavljaju inženjering čudo

Kad si zadnji put razgovarao na telefon, ili se spojiti na internet, vi ste vjerojatno da će koristiti optička vlakna. Čujemo mnogo o njima, ali ono što su oni? Ovo je vrlo tanka vlakna izrađena od stakla (od dvostruko debljine ljudske vlasi). Sastoje se od štapa i korice izrađene od druge vrste stakla. Svjetlost putuje unutar vlakna i prenosi signale, koji se može reproducirati podatke (zvuk, slika, itd). Zrake svjetlosti ne ostavljaju vlakna, jer je ljuska potpuno ih reflektira natrag u štap.

Izum od optičkih vlakana proizvedenih u trenutku revoluciju telekomunikacijske. No, ovdje je ono što je zanimljivo: morska spužva Euplectella podizanje čašu spicules, koji su odlična optička vlakna.

Dekoracije morsko dno

Spužve su primitivni beskralježnjaci. Oni su čvrsto pričvršćena za morsko dno, proveo cijeli svoj život dalje. Nema spužva tkiva, organa, dišnog ili krvožilnog sustava. Oni su održali svoje postojanje crpljenjem vode kroz porozno tijelo i ukloniti male čestice hranjivih tvari i otapala. Sve spužve karakteriziraju brojne pore na vanjskoj površini. Voda se uvlači kroz tih pora, teče kroz cijevne kanale i izlazi kroz jedan ili nekoliko velikih rupa. Spužve dnevno crpi ogromne količine vode u suvišku do 20 000 puta vlastitoj volumena (!) Postoji oko 6000 vrsta ovih stvorenja.

Mnogi spužva oblik složene i fino oblik - lijepa cijev, vaze, košare, cilindri, itd Za održavanje tih objekata, oni imaju unutarnji kostur izgrađen od igle (spicules). Zanimljivo je napomenuti da su ti jednostavna bića su u stanju da izgrade svoje spicules minerala ili proteina vlakana.

Je razred tzv stakla spužve, koji je izgraditi kostur silicijevog dioksida (vidi, Slika 1). Oni podići spicules, koji nekim čudom spojiti zajedno da izgrade "staklena kuća",

Najpoznatija verzija ove klase - vrsta Euplectella, još poznata kao Venus Flower Basket. Njegova kralježnica je rešetka od silicijevog dioksida, koji oblikuje spiralni cilindrični sobu (vidi, Slika 2). Obično živi nekoliko škampi. U podnožju spužve je snop vlakana. Istraživači Bell Labs pokazala da nježni spicules spužvi su izvrsni optička vlakna.

Slika 2. Zamršen cilindrični kostur spužva Jupiter cvijet koš. Mreža velikih spicules spojenih zajedno tvore rešetkastu strukturu.

fantastičan vlakana

Njihova je dužina 5-15 cm, a promjer - 40-70 mikrona (debljina ljudske kose). Znanstvenici su pogođen sličnosti optičkih vlakana spužve s vlaknima, koja je razvijena od strane ljudi za mnogo godina.

U spužva spicules prilično složene strukture - jezgra načinjena od čistog silika stakla okružen koncentrična slojeva organske i slojevite ljuske. Shell premaz igra ulogu, kao i umjetnih vlakana, što je spicules su izvrsni vodiči svjetlosti.

Fiber spužve imaju nekoliko prednosti u odnosu na umjetne. Prvo, oni su proizvedeni na niskoj temperaturi u oceanu. Komercijalni vlakna su proizvedeni koristeći skupe opreme u peći na visokim temperaturama.

Spužve istraživač Joanna Aizenberg rekao: „Da smo mogli naučiti od prirode, možemo u budućnosti biti otvoren alternativni način za proizvodnju optičkih vlakana”.Drugo, vlakna spužva je vrlo jaka - ne ispucati i slomili kao umjetno, u kojem mala pukotina počinje lako širiti na krhki materijal.

Zamjena ili popravak kabela je skup postupak. Granice između tankih slojeva spužve spicules zaustaviti širenje pucanja. U isto vrijeme, vlakno spužva je vrlo fleksibilan - možete ih vezati u čvor, te u tom slučaju neće izgubiti svoja optička svojstva.

Treće, oni izvode dobro svjetlo, jer oni sadrže malu količinu natrijevih iona koji poboljšavaju optička svojstva. Spužva mogućnosti dodati te iona na kontrolirani način, uz upotrebu organskih molekula pri normalnim temperaturama. Sintetička vlakna se proizvode pri visokim temperaturama da se djelomično taljenje stakla. U tom slučaju, dodavanje kontroliranim količinama iona natrija je problem za proizvođače.

Tajna nije lako

Koja je tajna vlakna spužvu? I to ih proizvodi? Istraživači iz Bell Labs otkrili da svako vlakno spužva se sastoji od pojedinačnih slojeva s različitim optičkim svojstvima. Koncentričnih cilindara s organskim silicijevim sadržaj okružuju unutarnju jezgre koji je konstruiran iz čistog silika staklu (vidi Sl. 3). Spužva koristi više slojeva stakla koji se održava pomoću organskog ljepila, što čini strukturu izuzetno otporan na grešaka i lomova. Spužva proizvodi jače mikroskopske vlakna lijepljenje tankih slojeva stakla. Zatim prikuplja pretpređa zajedno za još veću snagu. To izgleda kao hrpa grančica. Ovi paketi zatim stavljen u rešetkasti uzorak. Međutim, način na koji on obavlja spužvu, i dalje ostaje misterija.

Slika 3. Struktura spicules Euplectella spužve. Spicules SEM fotografija u poprečnom presjeku prikazuje organskih vlakana (OD), središnji cilindar (CC) i laminata za oblaganje (SS).

Morska spužva Teach arhitekti

Međutim, ovaj dizajn ne završava čuda. Utvrđeno je da se morsku spužvu ima jedinstvena strukturna svojstva, što je potvrđeno mehaničku čvrstoću i stabilnost svog krhkog materijala.

Spužva Euplectella koristi set trikova kako bi ga pretvorili u krhki kostur jakim strukture. Spicules čine spužve kostur, nalaze se u obliku rešetke prema otvaranje preklapanja modela je poboljšana sloj amorfan želatinozna tvar (mesogloea) koje se protežu ukoso u oba smjera naizmjenično kvadrata (vidi, Slika 4).

Ova konstrukcija tehnika se često koristi u visokim zgradama i kućama u borbi protiv stresa tijekom potresa ili posmičnih naprezanja, koji se lako može iskočiti na razoružati kvadratnih.

Nedavne studije su otkrili sedam različitih razina strukturne hijerarhije u spužvu. Svaka strukturna razina odgovara temeljnim načelima izgradnje i inženjering, koje se naširoko koriste u projektiranju, ali na skali 1000 puta manji od zgrade.

„Kostur ovog stvorenja - udžbenik za strojarstvo, nudeći dragocjeno znanje koje će dovesti do novih koncepata u znanosti o materijalima i inženjerstvo dizajn” - rekao Joanna Aizenberg.

buduće tehnologije

Znanstvenici se nadaju kopirati bioloških procesa za proizvodnju spužve naprednih vlakana i sustava, ali u isto vrijeme prepoznati da „Suvremene tehnologije još ne mogu natjecati sa sofisticiranom optički sustav tijela”.

„Ove spužve su ugrađeni savršeno, s točnim količinu materijala potrebnog za optimizirati dizajn. Ne mogu zamisliti kako je struktura ovog složenosti mogu biti proizvedeni slučajno " - Eisenberg kaže.