El nácar natural, como los mejillones, es uno de los materiales naturales más duros, más estables y rígidos. Los investigadores siempre han estado fascinados por él. La estructura del nácar es exquisita bajo el microscopio electrónico;parece una pared de ladrillos en miniatura, cuyas juntas están llenas de mortero. Los ladrillos están compuestos de pequeñas placas de carbonato de calcio apiladas una encima de la otra e interconectadas con puentes minerales, y rellenas con un mortero compuesto de una sustancia orgánica.
Los investigadores de ETH del Grupo de Materiales Complejos liderados por André R. Studart han estado investigando e imitando esta estructura. Los científicos de materiales utilizan un proceso especial desarrollado por ellos para producir tales materiales de nácar.
Utilizan placas de óxido de aluminio disponibles comercialmente de unas pocas docenas de micrómetros de tamaño y una resina epoxi que actúa como cemento para juntas. En un campo magnético giratorio, los investigadores alinean las placas magnetizadas disueltas en solución acuosa como se desee en una dirección, y debajoA altas presiones y temperaturas de alrededor de 1000 grados centígrados solidifican el material con la adición de una resina. Esto da como resultado un material compuesto con microestructura similar a la madreperla natural.
Los puentes fortalecen la estructura
Para hacer que la madreperla artificial sea aún más estable y más dura, el equipo ahora usó tales placas recubiertas con óxido de titanio. El óxido de titanio comienza a derretirse a alrededor de 800 grados, que es un punto de fusión más bajo que el óxido de aluminio.Las gotas de óxido de titanio se forman en la superficie de las plaquetas y se convierten en puentes, fortaleciendo así toda la estructura. "Estos puentes también influyen significativamente en la resistencia del material", dice Kunal Masania, coautor de un estudio que acaba de ser publicado.en la revista técnica PNAS .
La densidad de estos puentes de titanio se puede ajustar con precisión por presión y temperatura, para producir nácar artificial con las propiedades físicas deseadas, como rigidez, resistencia y resistencia a la fractura. Con la ayuda de un modelo y experimentos, los investigadorescalculó qué condiciones de presión y temperatura promueven la formación de las propiedades respectivas que son comparables en rigidez a los compuestos de fibra de carbono. Con esto, el equipo ha establecido un nuevo récord mundial en la combinación de rigidez, resistencia y tenacidad en este tipo de material bioinspirado.
Con la tecnología recientemente desarrollada, se pueden producir materiales de nácar que tienen propiedades personalizadas para la aplicación respectiva. Las posibles aplicaciones incluyen construcción, aeronaves y espacio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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