La madreperla, il materiale con riflessi arcobaleno che riveste l’interno di cozze e altri gusci di molluschi, è noto come il materiale più duro sulla Terra. Ora, un team di ricercatori guidati dall’Università del Michigan ha rivelato esattamente come funziona, in tempo reale.
Più comunemente conosciuta come madreperla, la combinazione di durezza e resilienza di Madreperla ha mistificato gli scienziati per più di 80 anni., Se gli esseri umani potessero imitarlo, potrebbe portare a una nuova generazione di materiali sintetici ultra-forti per strutture, impianti chirurgici e innumerevoli altre applicazioni.
“Come i molluschi possono fare un materiale così duro nell’ambiente naturale dell’oceano ha sconcertato generazioni di scienziati”, ha detto Robert Hovden, un assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria presso U-M e un autore sulla carta. “Noi umani possiamo realizzare materiali più duri utilizzando ambienti innaturali, ad esempio calore e pressione estremi. Ma non possiamo replicare il tipo di nano-ingegneria che i molluschi hanno ottenuto., Combinando i due approcci potrebbe portare a una nuova generazione spettacolare di materiali, e questo documento è un passo in quella direzione.”
Utilizzando tecniche di microscopia elettronica e micro-indentazione presso il Michigan Center for Materials Characterization di U-M, gli scienziati dei materiali hanno scoperto un’architettura su scala nanometrica di materiale organico e inorganico che combina le migliori proprietà di strati e solidi, durezza e resilienza, in un supermateriale quasi indistruttibile. Un documento che descrive le nuove scoperte è stato pubblicato il 23 ottobre su Nature Communications.,
I ricercatori conoscono le basi della madreperla da decenni: è fatta di microscopici “mattoni” di un minerale chiamato aragonite, cuciti insieme a una “malta” fatta di materiale organico. Questa disposizione di mattoni e malta conferisce chiaramente forza, ma la madreperla è molto più resistente di quanto suggeriscano i suoi materiali. Il team di Hovden, che comprendeva U-M scienza dei materiali laureato assistente di ricerca Jiseok Gim così come geochimici da Macquarie University in Australia e altrove, ha lavorato insieme per decifrare il mistero.,
Utilizzando minuscoli micro-indenters piezoelettrici, sono stati in grado di esercitare forza sui gusci mentre erano sotto un microscopio elettronico e guardare cosa è successo in tempo reale. Hanno rivelato una struttura che rimbalza dall’impatto con più finezza di quanto chiunque immaginasse.
Hanno scoperto che i “mattoni” sono in realtà compresse multi-sided solo poche centinaia di nanometri di dimensioni. Normalmente, queste compresse rimangono separate, disposte a strati e ammortizzate da un sottile strato di “malta organica”.,”Ma quando lo stress viene applicato ai gusci, il” mortaio” schiaccia da parte e le compresse si bloccano insieme, formando quella che è essenzialmente una superficie solida. Quando la forza viene rimossa, la struttura torna indietro, senza perdere forza o resilienza.
Questa resilienza distingue la madreperla anche dai materiali più avanzati progettati dall’uomo. Le materie plastiche, ad esempio, possono tornare indietro da un impatto, ma perdono parte della loro forza ogni volta. La madreperla non ha perso la sua resilienza in impatti ripetuti fino all ‘ 80% della sua resistenza allo snervamento.