Pocos materiales compuestos forjados por la naturaleza son tan resistentes como el nácar. Ahora, los científicos han descubierto por fin cómo las minúsculas capas de esta sustancia nacarada la hacen tan fuerte.
El nácar se encuentra en los revestimientos exteriores de las perlas y en el interior de las conchas de algunos moluscos, pero hasta ahora los científicos no entendían realmente cómo funciona a escala nanométrica, ya que este revestimiento es muy resistente a la tensión y el esfuerzo.
El secreto de la dureza del nácar radica en el modo en que la superficie del material se bloquea cuando se le somete a tensión, lo que le permite repartir el esfuerzo. Cuando la superficie deja de estar sometida a presión, vuelve a relajarse en forma de baldosas individuales.
Eso podría ayudarnos a desarrollar nuestros propios materiales superresistentes, inspirándonos en los mejores materiales que ofrece la naturaleza.
«Es increíble que un molusco, que no es la criatura más inteligente, esté fabricando tantas estructuras a tantas escalas», afirma el científico de materiales Robert Hovden, de la Universidad de Michigan.
«Está fabricando moléculas individuales de carbonato de calcio, organizándolas en láminas de nanocapas que se pegan con material orgánico, hasta llegar a la estructura de la concha, que combina el nácar con varios otros materiales.»
En trabajos anteriores, los científicos ya habían identificado la estructura de «ladrillo y mortero» del nácar -pastillas de tamaño nanométrico de aragonito pegadas con material orgánico, que se parecen a una pared de ladrillos si se acercan lo suficiente.
Lo que muestra esta nueva investigación es esa reacción bajo presión, obtenida mediante observaciones al microscopio electrónico. El ‘mortero’ se aplasta bajo presión, y luego regresa cuando se alivia la presión.
Sorprendentemente, e inusualmente, el nácar no pierde nada de su resistencia a través de este proceso. Las pruebas demostraron que sus niveles de resistencia no disminuyeron, incluso bajo impactos repetidos de hasta el 80 por ciento de su límite elástico.
En caso de que la superficie desarrolle una grieta, el nácar es capaz de aislar la nanotabla donde se produce la grieta, de modo que no afecta al resto de la superficie.
En el comunicado de prensa, los investigadores consideran que el nácar es «el material más resistente de la naturaleza». Por supuesto, eso depende realmente de cómo se quiera medir dicha «dureza»; por ejemplo, en la escala de dureza de Mohs, la perla obtiene la calificación bastante humilde de aproximadamente 2,5, pero eso sólo significa que se puede rayar fácilmente con cualquier mineral más duro.
Si hablamos de la resistencia de un material, hay otros aspectos -cuánto peso puede soportar un material, cuánta presión puede aguantar, etc.- desde los dientes de lapa hasta la seda de araña, hay otros materiales naturales que son inmensamente fuertes; el nácar puede soportar impactos mecánicos realmente impresionantes, de ahí que se gane su reputación de dureza.
Ahora los científicos responsables del estudio quieren utilizar sus hallazgos para desarrollar materiales más resistentes fabricados por el ser humano, no calculados mediante simulaciones informáticas o algoritmos, sino inspirados en millones de años de evolución natural.
«Los seres humanos podemos fabricar materiales más resistentes utilizando entornos no naturales, por ejemplo, calor y presión extremos», dice Hovden. «Pero no podemos replicar el tipo de nanoingeniería que han logrado los moluscos».
«La combinación de ambos enfoques podría dar lugar a una nueva y espectacular generación de materiales, y este trabajo es un paso en esa dirección».
La investigación se ha publicado en Nature Communications.