Ученые в Коми создали уникальный материал из морских губок
Ученые из Республики Коми разработали инновационный метод создания композитного материала на основе морских губок.
Специальная термическая обработка позволяет губке воспроизвести исходную форму и микроструктуру скелета морского организма. После нанесения особого покрытия материал приобретает свойства гибридного композита. Как сообщает Коми научный центр, исследования по разработке нового катализатора для различных отраслей промышленности начали специалисты Физико-математического института еще в 2017 году в рамках международной научной группы. Тогда коллектив физиков, химиков и биологов из разных стран занимался изучением строения морских губок с целью создания биомиметических моделей, которые могли бы стать альтернативой углеродным и керамическим каркасам, используемым в современном материаловедении. Данное направление получило название "экстремальной биомиметики" и ориентировано на изучение и применение возобновляемых и нетоксичных органических структур, встречающихся в естественной среде.
В результате карбонизации морских губок в инертной среде, состоящей из азота и аргона, получили трехмерный композитный материал, обладающий уникальными характеристиками и способный служить основой для создания катализаторов, конкурируя с углеродными нанотрубками. В процессе нагрева в инертной атмосфере, состоящей из аргона или азота, губка теряет до 70% своего объема и массы, однако сохраняет свою трехмерную структуру, приобретая твердость благодаря графитизации и формированию турбостратного графита. В состав губки входит специфический белок под названием спонгин, образующий жгуты-фибриллы, содержащие значительное количество ароматических соединений, которые и формируют трехмерную структуру морской губки.
Спонгин разрушается при температуре от 400 до 500 градусов Цельсия, однако к этому моменту уже успевает запуститься процесс графитизации ароматических соединений. По мере повышения температуры трехмерная структура преобразуется в термостойкий, химически инертный и твердый турбостратный графит, пригодный для использования в качестве основы при производстве композитных материалов.
Уникальность данного композитного материала, созданного на основе скелета морских губок, заключается в том, что в результате термической обработки насыщенная углеродом губка сохраняет форму и микроструктуру исходного каркаса морского животного. После нанесения на полученный материал наноразмерного слоя меди он превращается в гибридный материал, демонстрирующий превосходные каталитические свойства.