Puzzle despre scoici dure crăpat - Raportul inovațiilor
Oamenii de știință ai FAU, împreună cu colegii internaționali, au crăpat misterul durității sidefului (în imagine, sideful unui melc de stâncă). Imagine: Stephan E. Wolf
Cercetătorii au cunoscut elementele de bază ale sidefului de zeci de ani - este format din „cărămizi” microscopice ale unui mineral numit aragonit, care constă din var simplu și un „mortar” din material organic.
În timp ce acest aranjament oferă în general rezistență, sideful este mult mai rezistent decât sugerează componentele sale individuale. În experimentul lor, echipa a exercitat presiune asupra cochiliilor la microscopul electronic și a observat ce se întâmpla în timp real: structura s-a deformat într-un mod mai complex decât se aștepta.
„Esențial pentru proprietățile pe care le-am observat este o structură compozită pe nano-scară care împletește strâns varul materialului ceramic cu proteine și alte componente organice. Midia face acest lucru lăsând cele mai mici particule de var să se agregeze în trombocite, proces pe care îl investigăm în prezent pentru a putea reproduce sintetic proprietățile fabuloase ale unei zile ”, explică prof. Dr. Stephan Wolf, profesor universitar pentru materiale și procese biomimetice la catedra de sticlă și ceramică de la FAU.
Figurativ vorbind, funcționează astfel: „cărămizile” sunt de fapt „trombocite” pe mai multe fețe, care au doar câteva sute de nanometri. De regulă, aceste trombocite rămân separate, dispuse în straturi și căptușite cu un strat subțire de „mortar” organic. Cu toate acestea, atunci când cochiliile midiei sunt încărcate, „mortarul” este stors deoparte, „trombocitele” se blochează atât de mult încât suportă împreună sarcina și nu se rup.
Dacă presiunea este eliminată, structura sare înapoi la forma sa veche, fără a pierde rezistența sau elasticitatea. Această proprietate este extraordinară deoarece: Chiar și cele mai avansate materiale concepute de oameni nu pot. De exemplu, materialele plastice pot reveni dintr-un impact, dar își pot pierde din rezistență de fiecare dată.
Nacarul, pe de altă parte, nu și-a pierdut cu greu rezistența în experimentele cu lovituri repetate. „Este incredibil cum o coajă - care nu este tocmai faimoasă pentru inteligența sa - generează un material atât de complex care este structurat pe mai multe scale de lungime”, spune prof. Hovden de la Universitatea din Michigan și șeful studiului.
Rezultatele lor permit oamenilor de știință să dezvolte o nouă generație de materiale ceramice rezistente la rupere care reacționează rezistent la sarcini, cerințe precum cele întâlnite pentru aplicații zilnice sau speciale în tehnologia medicală, cum ar fi implanturile dentare și osoase.