Málokterý kompozitní materiál vytvořený přírodou je tak houževnatý jako perleť neboli perleť. Nyní vědci konečně přišli na to, jak je možné, že nepatrné vrstvy této perleťové látky jsou tak pevné.
Perleť najdete na vnějším povlaku perel a na vnitřní straně schránek některých měkkýšů, ale až dosud vědci pořádně nerozuměli tomu, jak funguje v nanoměřítku, protože tento povlak je velmi odolný vůči namáhání a deformaci.
Tajemství houževnatosti perleti spočívá ve způsobu, jakým se dlaždicový povrch materiálu při namáhání uzavře, což mu umožní rozložit namáhání. Když už na povrch nepůsobí tlak, opět se uvolní do jednotlivých dlaždic.
To by nám zase mohlo pomoci vyvinout naše vlastní superpevné materiály a inspirovat se těmi nejlepšími, které příroda nabízí.
„Je neuvěřitelné, že měkkýš, který není zrovna nejinteligentnějším tvorem, dokáže vyrobit tolik struktur v tolika měřítkách,“ říká materiálový vědec Robert Hovden z Michiganské univerzity.
„Vyrábí jednotlivé molekuly uhličitanu vápenatého, uspořádává je do nanovrstev, které jsou slepeny organickým materiálem, až po strukturu lastury, která kombinuje perleť s několika dalšími materiály.“
Vědci již v předchozích pracích identifikovali „cihlovou a zděnou“ strukturu perleti – nano-velké tabulky aragonitu slepené dohromady organickým materiálem, které vypadají stejně jako cihlová zeď, pokud se přiblížíte dostatečně blízko.
Tento nový výzkum ukazuje, že reakce pod tlakem, získaná pozorováním elektronovým mikroskopem. Pod tlakem se „malta“ mačká stranou a po uvolnění tlaku se opět vrací.
Překvapivě a neobvykle perleť tímto procesem neztrácí nic ze své odolnosti. Testy ukázaly, že úroveň její odolnosti neklesá ani při opakovaných nárazech až do 80 % její meze kluzu.
Pokud se na povrchu objeví trhlina, perleť je schopna izolovat nanotabulku v místě vzniku trhliny, takže neovlivní zbytek povrchu.
V tiskovém prohlášení vědci považují perleť za „nejtvrdší přírodní materiál“. Samozřejmě záleží na tom, jak chcete zmíněnou „houževnatost“ měřit; například na Mohsově stupnici tvrdosti má perleť poměrně skromné hodnocení zhruba 2,5, ale to jen znamená, že ji lze snadno poškrábat jakýmkoli tvrdším minerálem.
Pokud mluvíme o pevnosti materiálu, existují i další aspekty – jakou hmotnost materiál unese, jaký tlak vydrží a podobně – od zubů limpet až po pavoučí hedvábí existují další přírodní materiály, které jsou nesmírně pevné; perleť vydrží opravdu působivé mechanické nárazy, proto si vysloužila pověst houževnatosti.
Nyní chtějí vědci, kteří stojí za touto studií, využít své poznatky k vývoji pevnějších materiálů vyrobených člověkem – ne vypočítaných pomocí počítačových simulací nebo algoritmů, ale inspirovaných miliony let přirozené evoluce.
„My lidé můžeme vyrábět pevnější materiály s využitím nepřirozených prostředí, například extrémního tepla a tlaku,“ říká Hovden. „Ale nedokážeme zopakovat takový druh nanoinženýrství, jakého dosáhli měkkýši.“
„Kombinace těchto dvou přístupů by mohla vést k velkolepé nové generaci materiálů a tento článek je krokem tímto směrem.“
Výzkum byl publikován v časopise Nature Communications.