Nacre, rainbow-sheened material som linjer insidan av mussel och andra mollusk skal, är känd som det tuffaste materialet på jorden. Nu, ett team av forskare som leds av University of Michigan har avslöjat exakt hur det fungerar, i realtid.
mer allmänt känd som pärlemor, Nacres kombination av hårdhet och motståndskraft har mystifierat forskare i mer än 80 år., Om människor kunde efterlikna det kan det leda till en ny generation av ultrastarka syntetiska material för strukturer, kirurgiska implantat och otaliga andra applikationer.
”hur blötdjur kan göra ett så tufft material i havets naturliga miljö har förbryllat generationer av forskare”, säger Robert Hovden, biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid U-M och en författare på papperet. ”Vi människor kan göra hårdare material med hjälp av onaturliga miljöer, till exempel extrem värme och tryck. Men vi kan inte replikera den typ av nanoteknik som blötdjur har uppnått., Att kombinera de två metoderna kan leda till en spektakulär ny generation av material, och detta papper är ett steg i den riktningen.”
med hjälp av elektronmikroskopi och mikroindenteringstekniker vid U-M: S Michigan Center for Materials karakterisering upptäckte materialforskarna en nanoskalarkitektur av organiskt och oorganiskt material som kombinerar de bästa egenskaperna hos lager och fasta ämnen, hårdhet och motståndskraft, till ett nästan oförstörbart supermaterial. Ett papper som beskriver de nya upptäckterna publicerades den 23 oktober i Nature Communications.,
forskare har känt grunderna om nacre i årtionden—den är gjord av mikroskopiska ”Tegelstenar” av ett mineral som kallas aragonit, laced tillsammans med en” murbruk ” av organiskt material. Detta tegel – och murbruksarrangemang ger tydligt styrka, men nacre är mycket mer motståndskraftig än dess material föreslår. Hovden team, som ingår U-M-material science examen forskarassistent Jiseok Gim liksom geochemists från Australien Macquarie University och på andra håll, arbetade tillsammans för att knäcka mysteriet.,
med hjälp av små piezoelektriska mikroindragare kunde de utöva kraft på skalen medan de var under ett elektronmikroskop och titta på vad som hände i realtid. De avslöjade en struktur som studsar tillbaka från påverkan med mer finess än någon trodde.
de fann att ”Tegelstenar” faktiskt är multisidiga tabletter bara några hundra nanometer i storlek. Normalt förblir dessa tabletter separata, ordnade i lager och dämpade med ett tunt lager av organisk ”murbruk.,”Men när stress appliceras på skalen,” mortel ” squishes åt sidan och tabletterna låser ihop och bildar vad som i huvudsak är en fast yta. När kraften avlägsnas, fjädrar strukturen tillbaka, utan att förlora någon styrka eller motståndskraft.
denna motståndskraft skiljer pärlemor från även de mest avancerade mänskliga utformade materialen. Plast, till exempel, kan våren tillbaka från en inverkan, men de förlorar en del av sin styrka varje gång. Nacre förlorade ingen av sin motståndskraft vid upprepade effekter på upp till 80% av dess avkastningsstyrka.