Химики создали новые пористые материалы для строительства и медицины

Ученые Самарского политехнического университета разработали уникальные пористые материалы с оптимальным сочетанием прочности и легкости.

Новые структуры перспективны для применения в создании строительных конструкций нового поколения и биосовместимых медицинских имплантатов.

Метод, созданный под руководством доктора химических наук Владислава Блатова в Международном научно-исследовательском центре по теоретическому материаловедению, позволяет проектировать практически неограниченное число таких материалов. Вдохновением для ученых послужили природные кристаллы, например цеолиты, чьи атомные решетки имеют естественную пористую структуру. Проведя топологический анализ этих сеток, исследователи выделили и воссоздали так называемые трижды периодические минимальные поверхности, сообщает ТАСС.

«Мы подсмотрели идеальные структуры у природы. Изготавливая саму поверхность конечной толщины из одного материала и заполняя поры веществами с другими свойствами, мы получаем композит с заданными характеристиками», — пояснил заместитель директора центра Александр Крутов.

На основе этого подхода было смоделировано и изучено более 200 пористых структур. Наиболее перспективные из них были напечатаны на 3D-принтере для испытаний. Результаты оказались впечатляющими: некоторые пористые образцы продемонстрировали прочность на сжатие даже выше, чем у сплошного материала аналогичного состава, а также широкий диапазон значений упругости.

Практическая ценность разработки уже подтверждена в ходе совместных экспериментов со строительной кафедрой университета. Когда пористый каркас заполнили цементом, полученный композит показал высокую прочность при значительном снижении веса, что открывает путь к созданию более легких и долговечных строительных конструкций.

Не менее важным направлением является медицина. Связная пористая структура новых материалов идеально подходит для создания костных имплантатов: она позволяет живой костной ткани и кровеносным сосудам прорастать через имплант, обеспечивая его естественную интеграцию в организм.