La naturaleza inspira innovación. Un equipo internacional liderado por investigadores de Technion, el Instituto de Tecnología de Israel, junto con científicos del ESRF -el Sincrotrón Europeo, Grenoble, Francia-, descubrieron cómo una estrella quebradiza puede crear material como el vidrio templado bajo el agua.los resultados se publican en ciencia y puede abrir nuevas rutas bioinspiradas para endurecer la cerámica frágil en diversas aplicaciones que abarcan desde lentes ópticos hasta turbocompresores automotrices e incluso implantes de biomateriales.
Una hermosa estrella quebradiza y sin cerebro que vive en los arrecifes de coral tiene la pista de un vidrio súper resistente. Cientos de lentes focales se encuentran en los brazos de esta criatura, que se llama equinodermo Ofiocoma wendtii . Estas lentes, hechas de tiza, son potentes y precisas, y el desciframiento de su estructura cristalina y nanoescala ha ocupado a Boaz Pokroy y su equipo, del Instituto Tecnológico Technion-Israel, durante los últimos tres años. Gracias a la investigaciónrealizado en tres líneas de luz ESRF, ID22, ID13 e ID16B, entre otros laboratorios, han descubierto el mecanismo de protección único de lentes altamente resistentes.
Como ejemplo, tome vidrio templado. Se produce al ejercer presión de compresión sobre el vidrio que lo comprime y lo deja más compacto que en su estado natural. El templado del vidrio se realiza calentando rápidamente y luego enfriando rápidamente el material. En esteproceso, el exterior del material se enfría más rápido que el interior y, por lo tanto, comprime el interior. Ofiocoma wendtii las lentes se crean en mar abierto, a temperatura ambiente, a diferencia del vidrio templado ". Hemos descubierto una estrategia para hacer que el material frágil sea mucho más duradero en condiciones naturales. Es la" ingeniería cristalina "y el templado sin calentamiento ni enfriamiento: unproceso que podría ser muy útil en la ingeniería de materiales ", explica Pokroy.
La formación de lentes de calcita se descubrió gracias a una larga serie de experimentos en el ESRF y el microscopio electrónico de transmisión Titan en el Technion. "Cuando llegamos por primera vez al ESRF, no esperábamos que nuestra investigación alcanzara estos resultados".dice Pokroy. El equipo llegó primero a ID22, donde utilizaron difracción de rayos X en polvo para observar el material en forma de polvo mientras lo calentaban ". Entendimos que teníamos nanodominios después de este experimento, así que hicimos un poco de microscopía electrónica de transmisión enen casa, luego llegué a ID13 para mapear los nanodominios y finalmente a ID16 para hacer una tomografía sobre cómo las diferentes partículas se organizan en diferentes capas ", agrega.
El equipo, que incluye científicos de la Universidad de Wisconsin EE. UU., El Museo de Historia Natural del condado de Los Ángeles EE. UU., La Universidad de Trento Italia y el Hospital Charité en Berlín Alemania, descubrieron que lo crucialLa etapa del proceso de formación de lentes es la transición de la fase amorfa, la fase entre líquido y sólido, a la fase cristalina. En esta etapa, las nanopartículas de calcita, que son ricas en magnesio y se caracterizan por una densidad relativamente baja, se separandel resto del material. La diferencia en la concentración de magnesio en las partículas de calcita causa diversos grados de dureza, densidad y presión en diferentes regiones del material. Las partículas ricas en magnesio presionan la parte interna de la lente a medida que se cristaliza y"templar" en un material cristalino claro y resistente.
"La naturaleza exhibe una tremenda creatividad para mejorar las habilidades del organismo en diversos contextos como la fuerza, la detección y la defensa propia. Aquí, también, en el proceso de creación de lentes transparentes resistentes y precisas, vemos una tremenda eficiencia en el uso dematerias primas en condiciones del medio ambiente natural "
Los ingenieros ahora pueden usar esta bioestrategia recién descubierta para endurecer y fortalecer los materiales cerámicos sintéticos en diversas aplicaciones que abarcan desde lentes ópticas hasta turbocompresores automotrices e incluso implantes de biomateriales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instalación Europea de Radiación Sincrotrónica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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