Puține materiale compozite forjate de natură sunt la fel de rezistente ca năutul, sau nacre. Acum, oamenii de știință și-au dat seama, în sfârșit, cum straturile minuscule ale acestei substanțe perlate o fac atât de rezistentă.
Găsești nacre pe învelișurile exterioare ale perlelor și în interiorul unor cochilii de moluște, dar până acum oamenii de știință nu au înțeles cu adevărat cum funcționează la scară nanometrică, deoarece acest înveliș este foarte rezistent la stres și tensiune.
Secretul tenacității nacrelor constă în modul în care suprafața de faianță a materialului se blochează împreună atunci când este supusă la stres, permițându-i să răspândească tensiunea. Când suprafața nu mai este supusă la presiune, aceasta se relaxează din nou în plăci individuale.
Acesta ar putea, la rândul său, să ne ajute să dezvoltăm propriile noastre materiale superrezistente, inspirându-ne din cele mai bune materiale pe care natura le poate oferi.
„Este incredibil că o moluscă, care nu este cea mai inteligentă creatură, fabrică atât de multe structuri pe atât de multe scări”, spune cercetătorul în domeniul materialelor Robert Hovden de la Universitatea din Michigan.
„Fabrică molecule individuale de carbonat de calciu, le aranjează în foi nanocupate care sunt lipite împreună cu material organic, până la structura cochiliei, care combină nacre cu alte câteva materiale.”
În lucrările anterioare, oamenii de știință identificaseră deja structura de „cărămidă și mortar” a nacreului – tablete de aragonit de dimensiuni nanometrice lipite împreună cu material organic, care arată exact ca un zid de cărămidă dacă te apropii suficient de mult.
Ce arată această nouă cercetare este că reacția sub presiune, obținută prin observații la microscopul electronic. „Mortarul” se strivește deoparte sub presiune, apoi revine atunci când presiunea este eliberată.
În mod surprinzător și neobișnuit, năutul nu-și pierde nimic din rezistența sa prin acest proces. Testele au arătat că nivelurile sale de rezistență nu au scăzut, chiar și în cazul unor impacturi repetate de până la 80 la sută din limita de elasticitate.
În cazul în care suprafața dezvoltă o fisură, nacrul este capabil să izoleze nano-tableta în care apare fisura, astfel încât aceasta nu afectează restul suprafeței.
În declarația de presă, cercetătorii consideră că nacrul este „cel mai rezistent material al naturii”. Desigur, acest lucru depinde cu adevărat de modul în care doriți să măsurați respectiva „duritate”; de exemplu, pe scara de duritate Mohs, perla primește ratingul destul de umil de aproximativ 2,5, dar asta înseamnă doar că poate fi zgâriată cu ușurință cu orice mineral mai dur.
Dacă vorbim despre rezistența unui material, există și alte aspecte – câtă greutate poate suporta un material, câtă presiune poate rezista și așa mai departe – de la dinții de lapie la mătasea de păianjen, există și alte materiale naturale care sunt extrem de rezistente; perla poate susține impacturi mecanice cu adevărat impresionante, de aceea își merită reputația de duritate.
Acum, oamenii de știință din spatele studiului doresc să își folosească descoperirile pentru a dezvolta materiale mai rezistente fabricate de om – nu calculate prin simulări pe calculator sau algoritmi, ci inspirate de milioane de ani de evoluție naturală.
„Noi, oamenii, putem face materiale mai rezistente folosind medii nenaturale, de exemplu căldură și presiune extreme”, spune Hovden. „Dar nu putem reproduce tipul de nanoinginerie pe care l-au realizat moluștele.”
„Combinarea celor două abordări ar putea duce la o nouă generație spectaculoasă de materiale, iar această lucrare este un pas în această direcție.”
Cercetarea a fost publicată în Nature Communications.