Hádanka o prasknutých tvrdých lastúrach - Správa o inováciách

prasknutých

Vedci z FAU spolu s medzinárodnými kolegami prelomili záhadu tvrdosti perleťovej perly (na obrázku perleťová ulita ulitného slimáka). Obrázok: Stephan E. Wolf

Vedci poznajú perleťové základy už celé desaťročia - tvoria ju mikroskopické „tehly“ z minerálu zvaného aragonit, ktoré sa skladá z jednoduchého vápna, a „malta“ vyrobená z organického materiálu.

Aj keď toto usporiadanie vo všeobecnosti poskytuje silu, perleť je oveľa odolnejšia, ako naznačujú jej jednotlivé súčasti. Tím vo svojom experimente vyvíjal tlak na škrupiny pod elektrónovým mikroskopom a sledoval, čo sa deje v reálnom čase: štruktúra sa deformovala zložitejšie, ako sa očakávalo.

„V strede nami sledovaných vlastností je kompozitná štruktúra na nanorozmeroch, ktorá úzko prepletá vápno z keramického materiálu s proteínmi a inými organickými zložkami. Slávka to dosahuje tým, že nechá najmenšie častice vápna agregovať do krvných doštičiek, čo je proces, ktorý v súčasnosti podrobne skúmame, aby sme synteticky dokázali reprodukovať úžasné vlastnosti jedného dňa, “vysvetľuje Prof. Stephan Wolf, nižší profesor pre biomimetické materiály a procesy na katedre skla a keramiky na FAU.

Obrazne povedané to funguje takto: „Tehly“ sú vlastne mnohostranné „doštičky“, ktoré majú veľkosť iba niekoľko stoviek nanometrov. Spravidla tieto doštičky zostávajú oddelené, usporiadané vo vrstvách a polstrované tenkou vrstvou organickej „malty“. Keď sú mušle naplnené, „malta“ je stlačená nabok, „krvné doštičky“ sa zachytia natoľko, že spoločne unesú záťaž, a tak sa nezlomia.

Ak sa tlak odstráni, konštrukcia skočí späť do starého tvaru bez straty pevnosti alebo pružnosti. Táto vlastnosť je mimoriadna, pretože: Ani tie najpokročilejšie materiály navrhnuté človekom nemôžu. Napríklad plasty môžu pri náraze pružiť, ale zakaždým stratia časť svojej sily.

Perleťová matka naopak po opakovaných úderoch takmer nestratila nič na svojej odolnosti. „Je neuveriteľné, ako škrupina - ktorá nie je práve známa svojou inteligenciou - generuje taký zložitý materiál, ktorý je štruktúrovaný do mnohých dĺžkových mierok,“ hovorí profesor Hovden z University of Michigan a vedúci štúdie.

Ich výsledky umožňujú vedcom v odbore materiálov vyvinúť novú generáciu keramických materiálov odolných proti rozbitiu, ktoré pružne reagujú na zaťaženie, napríklad na zubné a kostné implantáty, ktoré vznikajú pri každodenných alebo špeciálnych aplikáciách v lekárskej technike.