Materialeforskere lærer, hvordan perlemor er lavet

Moder natur har meget at lære os om, hvordan man laver ting.

Med det i tankerne, Cornell-forskere har afsløret den proces, hvorved bløddyr fremstiller nacre - almindeligvis kendt som "perlemor". Sammen med sin iriserende skønhed, dette materiale, der findes på indersiden af ​​muslingeskaller, er utroligt stærkt. At vide, hvordan det er lavet, kan føre til nye metoder til at syntetisere en række nye materialer med hidtil ukendte egenskaber.

"Vi har alle disse højteknologiske faciliteter til at lave nye materialer, men gå en tur langs stranden og se hvad der bliver lavet, " sagde postdoc-forsker Robert Hovden, FRK. '10, Ph.D. '14. "Naturen laver utrolig nanovidenskab, og vi skal grave i det."

Hovden er hovedforfatter på et papir, der beskriver opdagelsen offentliggjort i 3. december-udgaven af ​​tidsskriftet Naturkommunikation . Hovden arbejdede sammen med Lara Estroff, lektor i materialevidenskab og teknik; David Muller, professor i anvendt og teknisk fysik; og Stephan Wolf, en gæsteforsker fra Tyskland, i Estroffs bio-inspirerede materialeforskningsgruppe.

Ved hjælp af et højopløsnings scanningstransmissionselektronmikroskop (STEM), forskerne undersøgte et tværsnit af skallen på et stort middelhavsbløddyr kaldet den ædle penneskal eller viftemusling (Pinna nobilis). For at gøre observationerne mulige var de nødt til at udvikle en speciel prøveforberedelsesproces. Ved hjælp af en diamantsav, de skærer en tynd skive gennem skallen, slibede det i virkeligheden ned med en tynd film, hvori diamantstykker i mikronstørrelse var indlejret, indtil de havde en prøve mindre end 30 nanometer tyk, velegnet til STEM-observation. Som ved slibning af træ, de flyttede sig fra tungere korn til hurtig skæring til en fin endelig polering for at gøre en overflade fri for ridser, der kunne forvrænge STEM-billedet.

Billeder med nanometer-opløsning viser, at organismen bygger nacre ved at deponere en række lag af et materiale, der indeholder nanopartikler af calciumcarbonat. Bevæger sig indefra og ud, disse partikler ses komme sammen i rækker og smelte sammen til flade krystaller lamineret mellem lag af organisk materiale. (Lagene er tyndere end bølgelængderne af synligt lys, forårsager spredningen, der giver materialet dets iris.)

Præcis hvad der sker ved hvert trin er et emne for fremtidig forskning. For nu, sagde forskerne i deres papir, "Vi kan ikke gå tilbage i tiden" for at observere processen. Men at vide, at nanopartikler er involveret, er en værdifuld indsigt for materialeforskere, sagde Hovden.