Research press release

生物に着想を得たセラミックス

Nature Materials

Bioinspired ceramics

天然真珠層(真珠の外層を構成する高強度材料)のレンガ-モルタル構造を模倣した高強度・高靭性・高剛性セラミックスが容易に作製できることが、今週のオンライン版で報告される。今回開発されたセラミックスは、最高600°Cまで特性を維持できるので、破局的な破損が許されないエネルギー関連や輸送用の構造材料として使える可能性がある。

概してセラミックスは脆いが、セラミックスの靭性を高めるために、変形しても破断しないポリマーや金属を構成要素として導入することができる。しかし、ポリマーや金属を導入すると、セラミックスの強度、剛性、高温安定性が損なわれる。今回Sylvain Devilleたちは、真珠層の構造から着想を得て、本質的に脆い無機物の微小板状片とナノ粒子から、金属合金に匹敵する比強度と靭性を持つバルクセラミックスを作製できることを示している。Devilleたちの作製方法は、氷の結晶の成長がきっかけとなって無機板状片が整列し、板状片の間にナノ粒子が取り込まれるという氷晶テンプレート法に基づくものである。

Strong, tough, stiff and easy-to-make ceramics that mimic the brick-and-mortar structure of natural nacre - the strong material that makes the outer layer of pearls - are reported in a study published online in Nature Materials. These ceramics, which retain their properties at temperatures up to 600 °C, could be used as structural materials for energy-related and transportation applications where catastrophic failure is not an option.

Ceramics are typically brittle. To improve their toughness, polymers and metals - which can deform without breaking - can be introduced as components. However, these lower the ceramics’ strength, stiffness and high-temperature stability. Inspired by the structure of nacre, Sylvain Deville and colleagues show that bulk ceramics with specific strength and toughness comparable to that of metallic alloys can be made from inherently brittle mineral microplatelets and nanoparticles. The researchers used a method that is based on ice templating, where the growth of ice crystals guides the alignment of the mineral platelets, entrapping the nanoparticles in between them.

doi: 10.1038/nmat3915

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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