Las espinas del erizo de mar están hechas principalmente de calcita, generalmente un material muy frágil y frágil. Sin embargo, en el caso del erizo de mar, las espinas son mucho más duraderas que la materia prima sola. La razón de su resistencia es la formaesa naturaleza optimiza los materiales utilizando una arquitectura de estilo de pared de ladrillo. El equipo de investigación de Química Física, encabezado por el profesor Helmut Cölfen, sintetizó con éxito el cemento a nivel de nano de acuerdo con este "principio de ladrillo y mortero". Durante este proceso, las macro-moléculas fueronidentificado que asume la función de mortero, fijando los bloques cristalinos entre sí en la nanoescala, con los bloques ensamblándose de manera ordenada. El objetivo es hacer que el cemento sea más duradero. Los resultados del estudio se publican el 1 de diciembreNúmero 2017 de Avances científicos .
"Nuestro cemento, que es significativamente más resistente a la fractura que cualquier cosa que se haya desarrollado hasta ahora, nos ofrece posibilidades de construcción completamente nuevas", agrega Cölfen. Un pilar hecho de este cemento podría construirse a 8,000 metros de altura, o diez vecestan alto como el edificio más alto actual del mundo, antes de que el material en su base fuera destruido por su peso. El acero normal, que tiene un valor de 250 megapascales, solo podía alcanzar los 3.000 metros de altura.
En nanociencia, la arquitectura de estilo de pared de ladrillo se puede comparar con el trabajo de un albañil: cada capa de ladrillo que se coloca se mantiene en su lugar con mortero. El principio rector es colocar capas duras, luego blandas, duras y luego materiales blandosEste es exactamente el principio que la naturaleza usa para hacer que las espinas de erizo de mar sean tan resistentes. Cuando se aplica fuerza a la calcita frágil, su bloque cristalino se agrieta, sin embargo, la energía se transfiere a una capa suave y desordenada. Dado que este material no tiene escisiónlos planos se rompen, evita la formación de grietas adicionales. Una sección delgada de la columna vertebral de erizo de mar revela este principio estructural: los bloques cristalinos en una estructura ordenada están rodeados por un área amorfa más suave. En el caso del erizo de mar, este material es carbonato de calcio.
Las conchas o huesos de mejillón se construyen de la misma manera. "Nuestro objetivo es aprender de la naturaleza", dice Helmut Cölfen. Biónica o biomimética es el término utilizado para emplear fenómenos naturales para inspirar desarrollos técnicos.
El cemento en sí tiene una estructura desordenada: cada componente se adhiere a todos los demás. Esto significa: para que el cemento se beneficie realmente de la mayor estabilidad proporcionada por la construcción de ladrillo y mortero, su estructura tendrá que reorganizarse en el nano-Helmut Cölfen describe el proceso como "codificar la resistencia a la fractura en el nivel nano". En este caso, significa identificar un material que se une solo con nanopartículas de cemento y nada más en el cemento. Se identificaron unas diez combinaciones de péptidos con carga negativa.que se adhieren y adhieren bien a los materiales.
En colaboración con la Universidad de Stuttgart, el equipo pudo usar un haz de iones bajo un microscopio electrónico para cortar una microestructura en forma de barra del cemento nanoestructurado que tenía un tamaño de tres micrómetros. Esta microestructura fue entoncesdoblado usando un micro manipulador. Tan pronto como se soltó, la microestructura regresó a su posición original. Los valores mecánicos se pudieron calcular en función de la deformación elástica de la microestructura. En base a estos cálculos, el cemento optimizado logró unvalor de 200 megapascales. En comparación: las cáscaras de mejillón, que son el estándar de oro en resistencia a la fractura, alcanzan un valor de 210 megapascales, que es solo un poco más alto. El concreto que se usa comúnmente en la actualidad tiene un valor de dos a cinco megapascales.
Ver espinas de erizo y conchas de mejillón están hechas de calcita, porque hay grandes cantidades de calcio disponibles en el agua. Helmut Cölfen explica: "Las personas tienen materiales de construcción mucho mejores que la calcita. Si tenemos éxito en diseñar las estructuras de los materiales y reproducir los planos de la naturaleza, también podremos producir mucho más materiales resistentes a la fractura: materiales de alto rendimiento inspirados en la naturaleza ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Constanza . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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