Få kompositmaterialer, der er smedet af naturen, er så hårdføre som perlemor eller perlemor. Nu har videnskabsfolk endelig fundet ud af, hvordan de bittesmå lag af dette perlemorsstof gør det så stærkt.
Du kan finde perlemor på de ydre belægninger på perler og på indersiden af nogle bløddyrsskaller, men indtil nu har videnskabsfolk ikke rigtig forstået, hvordan det fungerer på nanoskala, da denne belægning er meget modstandsdygtig over for stress og belastning.
Gehemmeligheden bag nacre’s sejhed ligger i den måde, hvorpå materialets flisebelagte overflade låser sig sammen, når der lægges pres på den, hvilket gør det muligt at sprede belastningen ud. Når overfladen ikke længere er under pres, slapper den af i individuelle fliser igen.
Det kunne til gengæld hjælpe os med at udvikle vores egne superstærke materialer og lade os inspirere af de bedste materialer, som naturen har at byde på.
“Det er utroligt, at en bløddyr, som ikke er det mest intelligente væsen, fremstiller så mange strukturer på tværs af så mange skalaer”, siger materialeforsker Robert Hovden fra University of Michigan.
“Den fremstiller individuelle molekyler af kalciumkarbonat og arrangerer dem i nanolag, der limes sammen med organisk materiale, helt op til skallens struktur, som kombinerer nacre med flere andre materialer.”
I tidligere arbejde havde forskerne allerede identificeret ‘murstensstrukturen’ i nacre – nanostørrelse tabletter af aragonit, der er limet sammen med organisk materiale, og som ligner en murstensvæg, hvis man kommer tæt nok på.”
Hvad denne nye forskning viser, er at reaktion under tryk, opnået gennem observationer med et elektronmikroskop. ‘Mørtlen’ presses til side under trykket og vender derefter tilbage, når trykket lettes.
Overraskende nok og usædvanligt nok mister perlemor ikke noget af sin modstandskraft gennem denne proces. Test viste, at dens modstandsdygtighed ikke faldt, selv under gentagne stød på op til 80 procent af dens flydespænding.
Hvis overfladen udvikler en revne, er nacre i stand til at isolere nano-tabletten, hvor revnen opstår, så den ikke påvirker resten af overfladen.
I pressemeddelelsen betegner forskerne nacre som “naturens mest hårdføre materiale”. Det afhænger naturligvis af, hvordan man vil måle den nævnte “sejhed”; på Mohs’ hårdhedsskala får perle f.eks. den ret ydmyge bedømmelse på ca. 2,5, men det betyder blot, at det let kan ridses med ethvert hårdere mineral.
Hvis vi taler om et materiales styrke, er der andre aspekter – hvor meget vægt et materiale kan bære, hvor meget tryk det kan modstå og så videre – fra flåttænder til edderkoppesilke er der andre naturligt forekommende materialer, der er uhyre stærke; perle kan modstå virkelig imponerende mekaniske påvirkninger, og derfor fortjener den sit ry for sejhed.
Nu ønsker forskerne bag undersøgelsen at bruge deres resultater til at udvikle stærkere materialer fremstillet af mennesker – ikke beregnet gennem computersimuleringer eller algoritmer, men inspireret af millioner af års naturlig evolution.
“Vi mennesker kan lave stærkere materialer ved hjælp af unaturlige miljøer, f.eks. ekstrem varme og tryk,” siger Hovden. “Men vi kan ikke efterligne den form for nanoteknologi, som bløddyrene har opnået.”
“En kombination af de to tilgange kunne føre til en spektakulær ny generation af materialer, og denne artikel er et skridt i den retning.”
Forskningen er blevet offentliggjort i Nature Communications.