Los investigadores de materiales aman a las criaturas marinas. La madreperla provoca ideas para superficies lisas, las almejas inspiran sustancias pegajosas, la piel de tiburón se usa para desarrollar materiales que reducen la resistencia al agua, etc. Investigadores del Departamento de Química de la Universidad de CopenhagueAhora he encontrado un modelo para materiales fuertes y livianos al bucear debajo de la superficie del mar para investigar a un primo de erizo de mar conocido como el erizo de corazón.
Dirk Müter es profesor asistente en el grupo de investigación NanoGeoScience del Departamento de Química. Dirigió el proyecto, que ahora se publica en Acta Biomaterialia bajo el título, "Microestructura y micromecánica de la prueba de erizo de corazón de tomografía de rayos X"
Los erizos de corazón Echinocardium cordatum, también conocidos como papas marinas, miden hasta 5 cm de diámetro, tienen forma de corazón y madrigueras en la arena. Extienden un canal para alimentarse de partículas orgánicas de las aguas sobre su madriguera."erizos de mar, estos erizos de corazón" irregulares "son criaturas blandas que usan sus exoesqueletos de carbonato de calcio para proteger sus cuerpos comestibles de la depredación. Y resulta que sus conchas son inesperadamente robustas".
La idea de estudiar conchas de erizo de corazón surgió en un Müter de vacaciones mientras caminaba por una playa croata. Las conchas de erizo delgadas como el papel fueron arrojadas a la playa, y Müter observó que tenían sorprendentemente pocas imperfecciones a pesar de ser tan delgadas.
Para comprender las resistentes capas de carbonato de calcio, Müter y sus colegas utilizaron una tecnología relativamente nueva llamada microtomografía de rayos X. La técnica se utilizó para crear imágenes tridimensionales del contenido del material, sin tener que romper las capas en pedazos.Las imágenes de rayos X son tan finas que es posible distinguir estructuras de menos de una milésima de milímetro. Esta resolución ultrafina demostró ser decisiva para comprender la fuerza de la carcasa.
Cualquiera que haya roto un trozo de tiza sabe que el carbonato de calcio es frágil. Y las cáscaras de erizo de corazón consisten en más aire que tiza. De hecho, a medida que uno se acerca al material de la cáscara, comienza a parecerse a espuma de jabón.El material consta de una increíble cantidad de cavidades microscópicas unidas por puntales delgados de carbonato de calcio tiza. Hay entre 50,000 y 150,000 puntales por milímetro cúbico, y en algunas áreas, el material está compuesto de hasta un 70% de aire.
El carbonato de calcio puede ser muchas cosas, desde el mármol inquebrantable hasta la tiza suave y algo quebradiza con la que usamos para escribir. Mientras que las conchas de erizo de corazón y la tiza para escribir comparten una porosidad similar, las conchas de erizo son hasta seis veces más fuertes que la tiza.Los estudios de Müter demuestran que las conchas de erizo de corazón tienen una estructura que se acerca a un ideal teórico para la resistencia de la estructura de espuma, una necesidad para una criatura que ha evolucionado para resistir la vida bajo 10 metros de agua y 30 centímetros adicionales de arena.
Müter explica que, para su gran sorpresa, la fuerza del cascarón del erizo de corazón varió entre las regiones del cascarón debido a concentraciones mayores o menores de puntales dentro de regiones específicas, no debido a puntales más delgados o más gruesos.
"Encontramos un ejemplo de un principio de construcción sorprendentemente simple. Esta es una manera fácil de construir materiales. Permite una gran variación en la estructura y la resistencia. Y es muy óptimo desde una perspectiva mecánica", afirma el profesor asistente DirkMüter.
Müter y sus colegas de NanoGeoScience esperan que sus nuevas ideas sirvan para mejorar los materiales absorbentes de golpes, entre otros resultados.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias - Universidad de Copenhague . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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