Søpindsvin giver nye idéer til letvægtsmaterialer – Københavns Universitet

SCIENCE > Presse > Nyheder > 2015 > Søpindsvin giver nye i...

09. november 2015

Søpindsvin giver nye idéer til letvægtsmaterialer

Nanomaterialer

Materialeforskere elsker havdyr. Perlemor giver idéer til glatte overflader, Muslinger til nye klæbestoffer, Hajers hud inspirerer til materialer med minimal vandmodstand. Nu har forskere ved Kemisk Institut, Københavns Universitet, også fundet forbilleder til lette og stærke materialer ved at dykke ned under havoverfladen. Ved at undersøge søpindsvinets fætter sømusen har de fået idéer til fremtidens letvægtsmaterialer.

Dirk Müter er adjunkt ved Kemisk Instituts sektion for NanoGeoScience. Han har stået i spidsen for projektet, der er offentliggjort i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Acta Biomaterialia under titlen ”Microstructure and micromechanics of the heart urchin test from X-ray tomography”.

Bløde dyr med hårde skaller

Heart urchin, der på dansk hedder Sømus (Echinocardium cordatum) er op til fem centimeter i diameter, hjerteformede og lever i sandbunden, hvor de skyder en kanal op til overfladen, når den skal søge føde. Lige som søpindsvin, er sømus små bløde dyr, der beskytter deres spiselige kroppe med en kalkskal. Og det er en overraskende hård skal skulle det vise sig.

Strandtur gav forskningsidé

Ideen til at undersøge sømusenes skaller fik Müter under vandreture langs Kroatiske strande under en ferie. De papirstynde skaller var skyllet op på stranden, og Müter bemærkede, at de havde forbløffende få skader, selv om de var så tynde.

Mikroskopiske tredimensionelle billeder

For at forstå de stærke kalkskaller brugte Müter og hans kollegaer en forholdsvis nyudviklet teknologi, der hedder Røntgenmikrotomografi. Med den kan man skabe et tredimensionelt billede af et materiales indre uden at slå det i stykker. Røntgenbillederne er så finkornede, at man kan skelne strukturerer der er mindre end en 1.000 del af en millimeter. Den fine opløsning skulle vise sig at være afgørende, for at forstå søpindsvineskallernes styrke.

Skum af kalk overraskende stærkt

Enhver, der har knækket et stykke skrivekridt, ved, at kalk er forholdsvist skrøbeligt. Sømusenes skaller består oven i købet af mere luft end kalk. Faktisk minder materialet om sæbeskum når man går helt tæt på. Det består af en masse mikroskopiske hulrum holdt sammen med spinkle skråstivere af kalk. Der er fra 50.000 til 150.000 skråstivere per kubikmillimeter, og i nogle områder består materialet af op til 70 procent luft.

Tåler enormt pres

Kalk er mange ting. Fra den hårde marmor til det bløde kridt, som vi skriver på tavler med. Sømuseskallerne og almindeligt skrivekridt er omtrent lige porøse. Alligevel er skallerne op til seks gange stærkere end kridt.

Müters undersøgelser viser, at netop sømusenes skaller har en struktur, der er meget tæt på det teoretiske ideal for, hvor stærk en skumstruktur kan være. Det er også nødvendigt. Sømusenes skaller skal kunne tåle at ligge under ti meter vand, og 30 centimeter sand.

Simpelt konstruktions-princip bag stor variation

Den store overraskelse lå i, at sømusene varierer styrken af forskellige regioner på skallen ikke ved at lave tykkere og tyndere skråstivere, men ved at sætte færre og flere, fortæller Müter.

”Vi har fundet et eksempel på et overraskende simpelt konstruktionsprincip. Det her er en nem måde at bygge materialer. Den giver mulighed for stor variation i struktur og styrke, og så er den meget tæt på at være mekanisk optimal”, siger Adjunkt Dirk Müter.

Håber på nye stødabsorberende materialer

Müter og hans kolleger på NanoGeoScience forventer, at deres nye indsigter blandt andet kan hjælpe til at forbedre sådan noget som stødabsorberende materialer.