Poucos materiais compostos forjados pela natureza são tão duros como a madrepérola, ou nacre. Agora, os cientistas finalmente descobriram como as minúsculas camadas desta substância perolada a tornam tão forte.
Vai encontrar nácar nos revestimentos exteriores de pérolas e no interior de algumas conchas de moluscos, mas até agora os cientistas não compreendiam realmente como funciona à nanoescala, uma vez que este revestimento é altamente resistente ao stress e à tensão.
O segredo da tenacidade do nacre está na forma como a superfície do material em mosaico se fixa quando o stress é colocado sobre ele, permitindo que ele espalhe a tensão. Quando a superfície não está mais sob pressão, ela relaxa em azulejos individuais novamente.
Isso, por sua vez, poderia nos ajudar a desenvolver materiais super-resistentes próprios, inspirando-se nos melhores materiais que a natureza tem a oferecer.
“É incrível que um molusco, que não é a criatura mais inteligente, esteja fabricando tantas estruturas em tantas escalas”, diz o cientista de materiais Robert Hovden, da Universidade de Michigan.
“É fabricar moléculas individuais de carbonato de cálcio, organizando-as em nano-camadas que são coladas com material orgânico, até a estrutura da casca, que combina nácar com vários outros materiais”.”
No trabalho anterior, os cientistas já tinham identificado a estrutura ‘tijolo e morte’ do nácar – pastilhas de aragonite de tamanho nanométrico coladas com material orgânico, parecendo-se com uma parede de tijolo se você se aproximar o suficiente.
O que esta nova pesquisa mostra é aquela reação sob pressão, obtida através de observações ao microscópio eletrônico. A ‘argamassa’ se esquiva sob pressão e depois retorna quando a pressão é aliviada.
Surpreendentemente, e de forma incomum, o nacre não perde nenhuma de sua resistência através deste processo. Testes mostraram que seus níveis de resiliência não caíram, mesmo sob impactos repetidos de até 80% de sua resistência ao escoamento.
Se a superfície desenvolver uma fenda, o nacre é capaz de isolar a nano-tela onde a fenda ocorre, de modo que não afeta o resto da superfície.
No comunicado de imprensa, os pesquisadores consideram o nacre como “o material mais resistente da natureza”. Claro, isso depende realmente de como você quer medir a dita “dureza”; por exemplo, na escala Mohs de dureza, a pérola recebe a classificação bastante humilde de cerca de 2,5, mas isso só significa que ela pode ser facilmente arranhada com qualquer mineral mais duro.
Se falamos da resistência de um material, há outros aspectos – quanto peso um material pode carregar, quanta pressão pode suportar, e assim por diante – desde os dentes de lima até à seda de aranha, há outros materiais naturais que são imensamente fortes; o nácar pode suportar impactos mecânicos realmente impressionantes, daí a sua reputação de tenacidade.
Agora os cientistas por trás do estudo querem usar suas descobertas para desenvolver materiais mais fortes feitos pelo homem – não calculados através de simulações de computador ou algoritmos, mas inspirados por milhões de anos de evolução natural.
“Nós, humanos, podemos fazer materiais mais resistentes usando ambientes não naturais, por exemplo, calor e pressão extremos”, diz Hovden. “Mas não podemos replicar o tipo de nano-engenharia que os moluscos conseguiram”
“A combinação das duas abordagens pode levar a uma nova geração espetacular de materiais, e este trabalho é um passo nessa direção”
“A pesquisa foi publicada na Nature Communications.