Море сунѓер (euplectella) рудник на нови технологии

Сунѓери стаклена зграда структура претставува инженеринг чудо

Cодржина

• Сунѓери стаклена зграда структура претставува инженеринг чудо
• украсување морското дно
• фантастичен влакна
• Тајната не е лесно
• Море сунѓер учат архитекти
• идни технологии

Кога последен пат зборуваше по телефон, или да се поврзете на интернет, вие сте веројатно да се користи оптички влакна. Слушаме многу за нив, но што точно се тие? Ова е многу тенки влакна направени од стакло (двапати поголема од дебелината на човечкото влакно). Тие се состојат од една прачка и обвивка направена од друг вид на стакло. Светлината патува во внатрешноста на влакна и пренесува сигнали, која може да се репродуцираат информации (звук, слика, итн.) Зраците на светлината не остави влакна, со оглед на школка целосно ги рефлектира назад во внатрешноста на прачка.

Пронаоѓањето на оптички влакна произведени во времето револуција во телекомуникациската индустрија. Но, тука е она што е интересно: морето сунѓер Euplectella подигање на стакло spicules, кои се одлични оптички влакна.

украсување морското дно

Сунѓери се примитивни безрбетници. Тие се цврсто прикачен на морското дно, но целиот свој живот се уште. Не постои сунѓер ткива, органи, респираторни или циркулаторниот систем. Тие одржуваат нивното постоење со пумпање на вода преку нивната порозна тело и отстранување на мали честички на хранливи материи и супстанци. Сите сунѓери се карактеризира со бројни пори на надворешната површина. Водата се подготвени преку овие пори, тече низ тубуларна канали и излезите преку една или неколку големи дупки. Сунѓери секојдневно пумпа големи количини на вода во износ до 20 000 пати свој волумен (!) Постојат околу 6.000 видови на овие суштества.

Многу сунѓер форма сложени и парична казна форма - убава цевка, вазни, кошници, цилиндри, итн За одржување на овие структури, тие имаат внатрешен скелет изградена од игли (spicules). Интересно е да се напомене дека овие едноставни суштества се способни да ги градат своите spicules на минерали или протеински влакна.

Постои класа на т.н. стакло сунѓери, кој се изгради костурот на силициум диоксид (види. Слика 1). Тие се подигне spicules, кој на чудесен начин се здружија за да се изгради "стаклена куќа".

Најпознатата верзија на оваа класа - еден вид Euplectella, уште познат како Венера Цвет кошница. Нејзиниот 'рбетот е решетки од силикон диоксид, која ја формира згрчена цилиндрични соба (види. Слика 2). Тоа обично живее неколку ракчиња. Во основата на сунѓер е пакет на влакна. Истражувачите на Bell Labs покажале дека деликатна spicules сунѓери се одлични оптички влакна.

Слика 2. Сложена цилиндрични скелет сунѓер Венера Цвет кошница. Мрежата на големите spicules поврзани заедно за да формираат решеткаста структура.

фантастичен влакна

Нивната должина е 5-15 см и дијаметар - 40-70 микрони (дебелината на човечкото влакно). Научниците беа погодени од сличноста на оптички влакна сунѓери со влакна, кои се развиени од страна на луѓе за многу години.

Во сунѓерот spicules прилично комплексна структура - јадро направено од чиста силика стакло е опкружен со концентрични слоеви на органски и слоевит школка. Школка обвивка игра улога, како и во вештачки влакна, со што spicules се одлични диригенти на светлината.

Влакна сунѓерите имаат неколку предности во однос на вештачки. Прво, тие се произведени на ниска температура во океанот. Комерцијални влакна се произведени со користење на скапа опрема во печка на високи температури.

Сунѓери истражувач Јоана Aizenberg вели: "Ако можеме да учат само од природата, ние може во иднина да бидат отворени алтернативен начин за производство на оптички влакна".Второ, влакна сунѓер е многу силен - тие не попуштат и да ги уништи како вештачки, во која пукнатина почнува лесно да се шири на кршливи материјал.

Замена или поправка на кабли е скапа процедура. Границите помеѓу тенки слоеви на сунѓер spicules запре пукнатината размножување. Во исто време, влакна сунѓер е многу флексибилни - можете да ги врзуваат во јазол, и во овој случај тие не ќе ги загубат своите оптички својства.

Трето, тие вршат добро светло, бидејќи тие содржат мала количина на натриум јони кои се подобри оптички својства. Сунѓер во можност да ги додадете овие јони на контролиран начин со користење на органски молекули во нормални температури. Синтетички влакна се произведени во високи температури и до делумно се топи стакло. Во овој случај, во прилог на контролирани количини на натриум јони е проблем за производителите.

Тајната не е лесно

Што е тајната влакна на сунѓер? И тоа ги произведува? Истражувачите од Bell Labs покажа дека секое влакно сунѓер е составен од индивидуални слоеви со различни оптички својства. Концентрични цилиндри со содржина на органски силикон го опкружуваат внатрешно јадро, која е изградена од чиста силика стакло (Види. Слика 3). Сунѓерот користи повеќе слоеви на стакло што се одржуваат од страна на органски лепак, што ја прави структура исклучително отпорни на грешки и фрактури. Сунѓерот произведува посилна микроскопски влакна лепење заедно тенки слоеви на стакло. Таа потоа се собира rovings заедно за уште поголема сила. Тоа изгледа како еден куп на гранчиња. Овие пакети потоа се става во мрежа шема. Сепак, начинот на кој се врши сунѓер, се уште останува мистерија.

Слика 3. Структурата на spicules Euplectella сунѓер. Spicules мерење фотографија во пресек покажува органски нишки (НА), централниот цилиндар (CC), и еден слој ламинат (SS).

Море сунѓер учат архитекти

Сепак, овој дизајн не завршува со чуда. Констатирано е дека морски сунѓер има уникатна структурни својства, кои даваат механичка сила и стабилност на своите кршливи материјал.

Сунѓерот Euplectella користи сет на трикови за да го претворите во кршливи скелет силна структура. Spicules сочинуваат сунѓер скелет, се наредени во хелиум форма според отвори модел на преклопување, подобрен слој structureless желатинозна материја (mesogloea) кои работат во двете насоки дијагонално во наизменични квадрати (види. Слика 4).

Оваа конструкција техника често се користи во високи згради и куќи за да се спречи стресот за време на земјотрес или стресот, кој лесно може да го попречат на разоружан квадратни структура.

Неодамнешните истражувања покажаа седум различни нивоа на структурни хиерархија во сунѓер. Секоја структурна ниво одговара на основните принципи на изградба и инженеринг, кои се широко користени во областа на инженерството дизајн, но на скалата 1.000 пати помала од зградата.

"Костурот на ова суштество - учебник на механички инженеринг, нудејќи вредни знаења кои ќе доведат до нови концепти материјали во науката и инженеринг дизајн" - вели Јоана Aizenberg.

идни технологии

Научниците се надеваат дека за да го копирате биолошки процеси за производство на сунѓер напредни влакна и системи, но во исто време да се признае дека "Современите технологии се уште не може да се натпреварува со софистицирани оптички систем на телото".

"Овие сунѓери се градеше заедно совршено, со точниот износ на материјали потребни за да се оптимизира на дизајнот. Не можам да замислам како структурата на оваа комплексност може да се произведува случајно " - вели Ајзенберг.