A kemény kagylókból kirakott a rejtvény - Innovációs jelentés
A FAU tudósai, nemzetközi kollégáikkal együtt, feltörték a gyöngyház (a képen egy magos csiga gyöngyháza) keménységének rejtélyét. Kép: Stephan E. Wolf
A kutatók évtizedek óta ismerik a gyöngyház alapjait - az aragonit nevű ásványi anyag mikroszkopikus "tégláiból" áll, amely egyszerű mészből áll, és egy szerves anyagból készült "habarcsból".
Míg ez az elrendezés általában erőt nyújt, a gyöngyház sokkal rugalmasabb, mint azt az egyes összetevői sugallják. Kísérletük során a csapat elektronmikroszkóp alatt nyomást gyakorolt a héjakra, és megfigyelte, mi történik valós időben: a szerkezet a vártnál összetettebben deformálódott.
„Az általunk megfigyelt tulajdonságok szempontjából központi helyet foglal el a nanoszkóp összetett szerkezete, amely szorosan fonja össze a kerámia anyagú mészt fehérjékkel és más szerves komponensekkel. A kagyló ezt úgy éri el, hogy hagyja a legkisebb mészszemcséket aggregálódni vérlemezkékké, ezt a folyamatot jelenleg részletesen vizsgáljuk annak érdekében, hogy egy nap mesés tulajdonságait szintetikusan is reprodukálni tudjuk ”- magyarázza Prof. Dr. Stephan Wolf, a FAU üveg és kerámia tanszékének biomimetikus anyagok és folyamatok ifjúsági professzora.
Átvitt értelemben így működik: A „téglák” valójában csak néhány száz nanométer nagyságú sokoldalú „trombociták”. Rendszerint ezek a vérlemezkék külön maradnak, rétegekbe rendeződve és vékony szerves „habarccsal” párnázva. A kagylóhéjak betöltésekor a „habarcs” félre szorul, a „vérlemezkék” annyira megakadnak, hogy együtt viselik a terhelést, és így nem törnek el.
Ha a nyomás megszűnik, a szerkezet visszaugrik a régi alakjába, anélkül, hogy elveszítené szilárdságát vagy rugalmasságát. Ez a tulajdonság rendkívüli, mert: Még az emberek által tervezett legfejlettebb anyagok sem. Például a műanyagok visszahúzódhatnak egy ütés hatására, de minden alkalommal elveszítik erejük egy részét.
A gyöngyház viszont alig veszítette el rugalmasságát az ismételt ütésekkel végzett kísérletek során. "Hihetetlen, hogy egy héj - amely nem éppen az intelligenciájáról híres - olyan komplex anyagot állít elő, amely sok hosszúsági skálán strukturálódik" - mondja Prof. Hovden a Michigani Egyetemről és a tanulmány vezetője.
Eredményeik lehetővé teszik az anyagtudósok számára, hogy új, törésbiztos kerámia anyagokat fejlesszenek ki, amelyek rugalmasan reagálnak a terhelésekre, például olyan követelményekre, amelyek a mindennapi vagy speciális orvostechnikai alkalmazásokhoz, például a fogászati és csontimplantátumokhoz fordulnak elő.