Perlmutt, das regenbogenbeschichtete Material, das die Innenseiten von Muscheln und anderen Weichtierschalen auskleidet, ist als das härteste Material der Erde bekannt. Jetzt hat ein Forscherteam unter der Leitung der University of Michigan in Echtzeit genau gezeigt, wie es funktioniert.
Die Kombination von Härte und Widerstandsfähigkeit von Perlmutt, die häufiger als Perlmutt bekannt ist, fasziniert Wissenschaftler seit mehr als 80 Jahren., Wenn Menschen es nachahmen könnten, könnte es zu einer neuen Generation ultrastarker synthetischer Materialien für Strukturen, chirurgische Implantate und unzählige andere Anwendungen führen.
„Wie Mollusken in der natürlichen Umgebung des Ozeans ein so zähes Material herstellen können, hat Generationen von Wissenschaftlern verblüfft“, sagte Robert Hovden, Assistenzprofessor für Materialwissenschaft und-technik bei U-M und Autor des Papiers. „Wir Menschen können härtere Materialien mit unnatürlichen Umgebungen herstellen, zum Beispiel extreme Hitze und Druck. Aber wir können die Art von Nanotechnik, die Mollusken erreicht haben, nicht replizieren., Die Kombination der beiden Ansätze könnte zu einer spektakulären neuen Generation von Materialien führen, und dieses Papier ist ein Schritt in diese Richtung.“
Mithilfe von Elektronenmikroskopie-und Mikroeinrückungstechniken am Michigan Center for Materials Characterization von U-M entdeckten die Materialwissenschaftler eine nanoskalige Architektur aus organischem und anorganischem Material, die die besten Eigenschaften von Schichten und Feststoffen, Härte und Widerstandsfähigkeit zu einem nahezu unzerstörbaren Supermaterial kombiniert. Ein Papier, in dem die neuen Entdeckungen detailliert beschrieben wurden, wurde im Oktober 23 in Nature Communications veröffentlicht.,
Forscher kennen seit Jahrzehnten die Grundlagen von Perlmutt—es besteht aus mikroskopischen “ Ziegeln „eines Minerals namens Aragonit, die mit einem“ Mörtel “ aus organischem Material zusammengeschnürt sind. Diese Ziegel-und Mörtelanordnung verleiht eindeutig Festigkeit, aber Perlmutt ist weitaus widerstandsfähiger als seine Materialien vermuten lassen. Hovdens Team, das U-M Materials Science Graduate Research Assistant Jiseok Gim sowie Geochemiker der australischen Macquarie University und anderswo umfasste, arbeitete zusammen, um das Rätsel zu lösen.,
Mit winzigen piezoelektrischen Mikroeinrückern konnten sie unter einem Elektronenmikroskop Kraft auf die Schalen ausüben und beobachten, was in Echtzeit geschah. Sie enthüllten eine Struktur, die mit mehr Finesse vom Aufprall zurückprallt, als sich jeder vorstellen konnte.
Sie fanden heraus, dass die“ Steine “ tatsächlich mehrseitige Tabletten sind, die nur wenige hundert Nanometer groß sind. Normalerweise bleiben diese Tabletten getrennt, in Schichten angeordnet und durch eine dünne Schicht organischen „Mörtels gepolstert.,“Aber wenn Stress auf die Schalen aufgebracht wird, zerquetscht der „Mörtel“ beiseite und die Tabletten verschließen sich und bilden eine im Wesentlichen feste Oberfläche. Wenn die Kraft entfernt wird, springt die Struktur zurück, ohne an Festigkeit oder Belastbarkeit zu verlieren.
Diese Widerstandsfähigkeit hebt Perlmutt von den fortschrittlichsten vom Menschen entworfenen Materialien ab. Kunststoffe können beispielsweise durch einen Aufprall zurückspringen, verlieren jedoch jedes Mal etwas an Festigkeit. Perlmutt verlor bei wiederholten Stößen bei bis zu 80% seiner Streckgrenze nichts von seiner Widerstandsfähigkeit.