Nácar, o material com brilho de arco-íris que reveste o interior dos mexilhões e outras conchas de moluscos, é conhecido como o material mais resistente da natureza. Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Michigan revelou precisamente como funciona, em tempo real.

Mais comumente conhecido como madrepérola, A combinação de dureza e resiliência do nácar confunde os cientistas há mais de 80 anos. Se os humanos pudessem imitá-lo, pode levar a uma nova geração de materiais sintéticos ultra-fortes para estruturas, implantes cirúrgicos e inúmeras outras aplicações.

"Nós, humanos, podemos fazer materiais mais resistentes usando ambientes não naturais, por exemplo, calor e pressão extremos. Mas não podemos replicar o tipo de nanoengenharia que os moluscos alcançaram. Combinar as duas abordagens pode levar a uma nova geração espetacular de materiais, e este artigo é um passo nessa direção, "disse Robert Hovden, Professor assistente de ciência e engenharia de materiais da U-M.

Os pesquisadores conhecem os fundamentos do segredo do nácar há décadas - ele é feito de "tijolos" microscópicos de um mineral chamado aragonita, atado com uma "argamassa" de matéria orgânica. Este arranjo de tijolo e argamassa claramente confere força, mas o nácar é muito mais forte do que seus materiais sugerem.

A equipe de Hovden, que incluiu o assistente de pesquisa de pós-graduação em ciência de materiais da U-M, Jiseok Gim, bem como geoquímicos da Universidade Macquarie da Austrália e de outros lugares, trabalharam juntos para desvendar o mistério.

No Michigan Center for Materials Characterization da U-M, os pesquisadores usaram pequenos microindentadores piezoelétricos para exercer força sobre as conchas de Pinna nobilis, comumente conhecido como a concha de caneta nobre, enquanto eles estavam sob um microscópio eletrônico. Eles assistiram ao que aconteceu em tempo real.

Eles descobriram que os "tijolos" são, na verdade, comprimidos multifacetados com apenas algumas centenas de nanômetros de tamanho. Normalmente, esses comprimidos permanecem separados, dispostos em camadas e amortecidos por uma fina camada de "argamassa" orgânica. Mas quando o estresse é aplicado às cascas, a "argamassa" esguicha para o lado e os comprimidos se prendem, formando o que é essencialmente uma superfície sólida. Quando a força é removida, a estrutura salta de volta, sem perder nenhuma força ou resiliência.

Essa resiliência diferencia o nácar até mesmo dos materiais de design humano mais avançados. Plásticos, por exemplo, pode saltar de um impacto, mas eles perdem um pouco de sua força a cada vez. Nacre não perdeu nenhuma de sua resiliência em impactos repetidos em até 80% de sua força de rendimento.

O que mais, se uma rachadura se formar, nácar confina a rachadura em uma única camada, em vez de permitir que ela se espalhe, mantendo a estrutura da concha intacta.

"É incrível que um molusco, que não é a criatura mais inteligente, está fabricando tantas estruturas em tantas escalas, "Hovden disse." É a fabricação de moléculas individuais de carbonato de cálcio, organizando-os em folhas de nano camadas que são coladas com material orgânico, todo o caminho até a estrutura da concha, que combina nácar com vários outros materiais. "

Hovden acredita que os humanos poderiam usar os métodos dos mexilhões para criar superfícies compostas com nanoengenharia que poderiam ser dramaticamente mais leves e resistentes do que as disponíveis hoje.

"A natureza está nos entregando essas estruturas altamente otimizadas com milhões de anos de evolução por trás delas, ", disse ele." Nunca poderíamos executar simulações de computador suficientes para chegar a isso - eles estão lá apenas para nós descobrirmos. "

O estudo é publicado em Nature Communications .