A természet által kovácsolt összetett anyagok közül kevés olyan kemény, mint a gyöngyház. Most a tudósok végre rájöttek, hogy ennek a gyöngyházfényű anyagnak a parányi rétegei hogyan teszik ilyen erőssé.
A gyöngyök külső bevonatán és egyes puhatestűek héjának belsejében megtalálható a gyöngyház, de eddig a tudósok nem igazán értették, hogyan működik a nanoszinten, mivel ez a bevonat rendkívül ellenálló a stresszel és az igénybevétellel szemben.
A nacre szívósságának titka abban rejlik, ahogyan az anyag csempézett felülete feszültség hatására összezáródik, lehetővé téve, hogy a terhelés szétterüljön. Amikor a felületre már nem nehezedik nyomás, az újra különálló lapkákká lazul.
Ez viszont segíthet nekünk abban, hogy saját szupererős anyagokat fejlesszünk ki, inspirációt merítve a természet legjobb anyagaiból.
“Hihetetlen, hogy egy puhatestű, amely nem a legintelligensebb élőlény, ennyi struktúrát képes létrehozni ennyi léptékben” – mondja Robert Hovden anyagtudós a Michigani Egyetemről.
“Egyedi kalcium-karbonát molekulákat állít elő, nanorétegű lapokba rendezi őket, amelyeket szerves anyagokkal ragaszt össze, egészen a héj szerkezetéig, amely a permetet számos más anyaggal kombinálja.”
A tudósok korábbi munkájukban már azonosították a nacre “téglafalas” szerkezetét – szerves anyaggal összeragasztott, nanoméretű aragonit táblákat, amelyek úgy néznek ki, mint egy téglafal, ha elég közel megyünk hozzájuk.”
Az új kutatás azt mutatja, hogy a nyomás alatti reakciót elektronmikroszkópos megfigyelésekkel kaptuk. A “habarcs” nyomás hatására félrecsúszik, majd visszatér, amikor a nyomás enyhül.
Meglepő módon és szokatlan módon a gyöngyházfény nem veszít ellenállóképességéből ezen folyamat során. A tesztek azt mutatták, hogy rugalmassági szintje nem csökkent, még a folyáshatár 80 százalékát elérő ismételt ütések hatására sem.
Ha a felületen mégis repedés keletkezne, a pergamen képes elszigetelni azt a nanotáblát, ahol a repedés keletkezik, így az nem érinti a felület többi részét.
A sajtóközleményben a kutatók a pergament “a természet legkeményebb anyagának” tartják. Persze ez igazából attól függ, hogyan akarjuk mérni az említett “szívósságot”; például a Mohs-féle keménységi skálán a gyöngyház a meglehetősen szerény, nagyjából 2,5-ös értéket kapja, de ez csak azt jelenti, hogy bármelyik keményebb ásványhoz képest könnyen karcolható.
Ha egy anyag szilárdságáról beszélünk, vannak más szempontok is – mekkora súlyt bír el egy anyag, mekkora nyomást képes elviselni, és így tovább – a cickányfogaktól a pókselyemig vannak más, a természetben előforduló anyagok, amelyek mérhetetlenül erősek; a gyöngyház igazán lenyűgöző mechanikai behatásokat képes elviselni, ezért érdemli ki a szívósság hírnevét.
A tanulmány mögött álló tudósok most arra szeretnék felhasználni eredményeiket, hogy erősebb, ember alkotta anyagokat fejlesszenek ki – nem számítógépes szimulációkkal vagy algoritmusokkal kiszámítva, hanem a több millió éves természetes evolúció által inspirálva.
“Mi emberek keményebb anyagokat tudunk készíteni természetellenes környezetek, például extrém hő és nyomás segítségével” – mondja Hovden. “De nem tudjuk megismételni azt a fajta nanotechnológiát, amit a puhatestűek elértek.”
“A két megközelítés kombinálása az anyagok látványos új generációjához vezethet, és ez a cikk egy lépés ebbe az irányba.”
A kutatás a Nature Communications című folyóiratban jelent meg.
A kutatás a Nature Communications című folyóiratban jelent meg.