Skræddersyet kunstig perlemor

Naturlig perlemor, som muslinger, er en af ​​de sværeste, mest stabile og stive naturmaterialer. Forskere har altid været fascineret af det. Strukturen af ​​perlemor er udsøgt under elektronmikroskopet; det ligner en miniature murstensvæg, hvis fuger er fyldt med mørtel. Murstenene er sammensat af små calciumcarbonatplader stablet oven på hinanden og forbundet med mineralbroer, og fyldt med en mørtel sammensat af et organisk stof.

ETH-forskere fra gruppen for komplekse materialer ledet af André R. Studart har undersøgt og efterlignet denne struktur. Materialeforskerne bruger en særlig proces udviklet af dem til at fremstille sådanne perlemor-lignende materialer.

De bruger kommercielt tilgængelige aluminiumoxidplader på et par dusin mikrometer i størrelse og en epoxyharpiks, der fungerer som en fugecement. I et roterende magnetfelt, forskerne justerer de magnetiserede plader opløst i vandig opløsning som ønsket i én retning, og under højt tryk og temperaturer på omkring 1000 grader Celsius størkner de materialet med tilsætning af en harpiks. Dette resulterer i et kompositmateriale med lignende mikrostruktur som naturlig perlemor.

Broer styrker strukturen

For at gøre den kunstige perlemor endnu mere stabil og hårdere, holdet brugte nu sådanne plader belagt med titaniumoxid. Titaniumoxid begynder at smelte ved omkring 800 grader, hvilket er et lavere smeltepunkt end aluminiumoxid. Titaniumoxiddråber dannes på overfladen af ​​blodpladerne og bliver til broer, dermed styrke hele strukturen. "Disse broer har også stor indflydelse på, materialets styrke, " siger Kunal Masania, medforfatter til en undersøgelse, der netop er blevet offentliggjort i det tekniske tidsskrift PNAS .

Tætheden af ​​disse titaniumbroer kan justeres præcist efter tryk og temperatur, at fremstille kunstig perlemor med de ønskede fysiske egenskaber såsom stivhed, styrke og brudsejhed. Ved hjælp af en model og eksperimenter, forskerne har beregnet, hvilke tryk- og temperaturforhold der fremmer dannelsen af ​​de respektive egenskaber, der i stivhed kan sammenlignes med kulfiberkompositter. Med dette, holdet har etableret en ny verdensrekord i at kombinere stivhed, styrke og sejhed i denne type bio-inspireret materiale.

Med den nyudviklede teknologi, kan fremstilles perlemor-lignende materialer, der har skræddersyede egenskaber til den respektive anvendelse. Mulige anvendelser omfatter konstruktion, fly og rum.