Transparent kunstig perlemor:En murstensvæg i nanoskala

Naturmaterialer har ekstraordinære mekaniske egenskaber, som er baseret på sofistikerede arrangementer og kombinationer af flere byggeklodser. Et nøgleaspekt af nutidens materialeforskning er derfor at udvikle bio-inspirerede materialer, der når til naturlige materialers egenskaber – eller endda overgår dem i visse funktionaliteter. Walther-gruppen på DWI har nu udarbejdet en perlemor-inspireret nanokomposit, der kombinerer exceptionelle mekaniske egenskaber med glaslignende gennemsigtighed og en høj gas- og brandbarriere ( Naturkommunikation , 2015).

Strukturen af ​​nacre ligner en murstensvæg i mikroskopisk skala:Calciumkarbonatplader ('mursten') veksler med bløde biopolymerlag ('mørtel'). Mens de faste blodplader fungerer som den bærende og forstærkende del, energi kan spredes ind i de bløde polymersegmenter. Sammen, dette resulterer i et letvægtsmateriale, der betragtes som guldstandarden for naturlige materialer, da det er både bemærkelsesværdigt stift og sejt, en kombination af funktioner, der er svære at realisere i syntetiske materialer. Tidligere tilgange til at syntetisere nacre-mimetika var ikke gennemførlige i stor skala på grund af energikrævende og besværlige flertrinsprocedurer. Også, det var ikke muligt at syntetisere transparente nacre-mimetiske film og folier.

Andreas Walther og hans team besluttede at bruge syntetiske nanoler til deres perlemor-mimetiske materialer. Dette forbedrede materialets gennemsigtighed betydeligt. Den Aachen-baserede forskergruppe forfinede også den underliggende forberedelsesprocedure:"Muslinger vokser perlemor i en langvarig proces. For vores nanokompositter, vi anvender i stedet en hurtig selvmonteringsproces, " forklarer kemikeren. Først forskerne belægger leret med et lag polyvinylalkohol ('mørtel på mursten') og efterfølgende disse kerne/skalpartikler samler sig selv til en tynd film ved fjernelse af vand. Hele proceduren tager mindre end 24 timer.

For at lære mere om, hvordan dimensionerne af nano-leret påvirker egenskaberne af den resulterende nano-komposit, Walther og kolleger sammenlignede nanoblodplader af forskellig størrelse. "Nacre-mimetikken baseret på små ler er meget hårde. hvis vi bruger store ler med et billedformat på 3500, de resulterende nacre-mimetika er både ekstremt stive og stærke. Deres mekaniske egenskaber når faktisk tæt på fiberkompositernes, som er langt mere besværlige at forberede, " siger ph.d.-studerende Paramita Das. Den glaslignende gennemsigtighed og den høje gasbarriere af nanokompositten er en ekstra fordel ved materialet.

Denne enestående kombination af egenskaber gør det nacre-mimetiske materiale til en lovende kandidat til fremtidige applikationer, ikke kun som et strukturelt materiale, men også til gaslagringsapplikationer og fødevareemballage. Ud over, det kan bruges som et avanceret substrat og til indkapsling af iltfølsom organisk elektronik i fleksible skærme.