El nácar, el material con cubierta de arcoíris que recubre el interior del mejillón y otras conchas de moluscos, se conoce como el material más resistente de la naturaleza. Ahora, un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Michigan ha revelado precisamente cómo funciona, en tiempo real.
Más comúnmente conocido como nácar, la combinación de dureza y resistencia del nácar ha desconcertado a los científicos durante más de 80 años. Si los humanos pudieran imitarlo, podría conducir a una nueva generación de materiales sintéticos ultrarresistentes para estructuras quirúrgicasimplantes y muchas otras aplicaciones.
"Los humanos podemos fabricar materiales más duros utilizando entornos no naturales, por ejemplo, calor y presión extremos. Pero no podemos replicar el tipo de nanoingeniería que los moluscos han logrado. La combinación de los dos enfoques podría conducir a una espectacular nueva generación de materiales, y este documento es un paso en esa dirección ", dijo Robert Hovden, profesor asistente de ciencia de materiales e ingeniería de la UM.
Los investigadores conocen los fundamentos del secreto del nácar desde hace décadas: está hecho de "ladrillos" microscópicos de un mineral llamado aragonita, unidos con un "mortero" de material orgánico. Esta disposición de ladrillos y mortero claramente le da fuerza,pero el nácar es mucho más fuerte de lo que sugieren sus materiales.
El equipo de Hovden, que incluía al asistente de investigación de posgrado en ciencias de materiales de la UM, Jiseok Gim, así como a geoquímicos de la Universidad Macquarie de Australia y de otros lugares, trabajaron juntos para descifrar el misterio.
En el Centro de Caracterización de Materiales de Michigan de la UM, los investigadores utilizaron pequeños microincrustadores piezoeléctricos para ejercer fuerza sobre las conchas de Pinna nobilis, comúnmente conocidas como la carcasa de la pluma noble, mientras estaban bajo un microscopio electrónico. Observaron lo que sucedió entiempo real.
Descubrieron que los "ladrillos" en realidad son tabletas de varios lados de unos pocos cientos de nanómetros de tamaño. Por lo general, estas tabletas permanecen separadas, dispuestas en capas y amortiguadas por una fina capa de "mortero" orgánico. Pero cuando se aplica tensión alconchas, el "mortero" se hace a un lado y las tabletas se unen, formando lo que es esencialmente una superficie sólida. Cuando se elimina la fuerza, la estructura vuelve a saltar, sin perder resistencia ni resistencia.
Esta capacidad de recuperación distingue al nácar incluso de los materiales diseñados por humanos más avanzados. Los plásticos, por ejemplo, pueden resurgir de un impacto, pero pierden algo de su fuerza cada vez. El nácar no pierde nada de su resistencia en impactos repetidos al alzaal 80% de su límite elástico.
Además, si se forma una grieta, el nácar limita la grieta a una sola capa en lugar de permitir que se extienda, manteniendo intacta la estructura del caparazón.
"Es increíble que un molusco, que no es la criatura más inteligente, esté fabricando tantas estructuras en tantas escalas", dijo Hovden. "Está fabricando moléculas individuales de carbonato de calcio, organizándolas en láminas de nano capas que están pegadasjunto con material orgánico, hasta la estructura de la carcasa, que combina el nácar con varios otros materiales ".
Hovden cree que los humanos podrían usar los métodos del mejillón para crear superficies compuestas de nano-ingeniería que podrían ser dramáticamente más ligeras y fuertes que las disponibles en la actualidad.
"La naturaleza nos está entregando estas estructuras altamente optimizadas con millones de años de evolución detrás de ellas", dijo. "Nunca podríamos ejecutar suficientes simulaciones por computadora para llegar a estas, simplemente están ahí para que las descubramos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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