Madrepérola natural, como mexilhões, é um dos mais difíceis, materiais naturais mais estáveis ​​e rígidos. Os pesquisadores sempre foram fascinados por ele. A estrutura da madrepérola é requintada ao microscópio eletrônico; parece uma parede de tijolos em miniatura, as juntas são preenchidas com argamassa. Os tijolos são compostos de pequenas placas de carbonato de cálcio empilhadas umas sobre as outras e interconectadas com pontes minerais, e preenchido com uma argamassa composta de uma substância orgânica.

Pesquisadores da ETH do Grupo de Materiais Complexos liderado por André R. Studart vêm investigando e imitando essa estrutura. Os cientistas de materiais usam um processo especial desenvolvido por eles para produzir materiais semelhantes a madrepérola.

Eles usam placas de óxido de alumínio disponíveis no mercado com algumas dezenas de micrômetros de tamanho e uma resina epóxi que atua como um cimento de junta. Em um campo magnético giratório, os pesquisadores alinham as placas magnetizadas dissolvidas em solução aquosa conforme desejado em uma direção, e sob altas pressões e temperaturas em torno de 1000 graus Celsius solidificam o material com a adição de uma resina. Isso resulta em um material composto com microestrutura semelhante à madrepérola natural.

Pontes fortalecem a estrutura

Para tornar a madrepérola artificial ainda mais estável e dura, a equipe agora usava essas placas revestidas com óxido de titânio. O óxido de titânio começa a derreter em torno de 800 graus, que é um ponto de fusão mais baixo do que o óxido de alumínio. Gotículas de óxido de titanioum se formam na superfície das plaquetas e se transformam em pontes, fortalecendo assim toda a estrutura. "Essas pontes também influenciam significativamente, a resistência do material, "diz Kunal Masania, coautor de estudo que acaba de ser publicado na revista técnica PNAS .

A densidade dessas pontes de titânio pode ser ajustada com precisão por pressão e temperatura, para produzir madrepérola artificial com as propriedades físicas desejadas, como rigidez, resistência e tenacidade à fratura. Com a ajuda de um modelo e experimentos, os pesquisadores calcularam quais condições de pressão e temperatura promovem a formação das respectivas propriedades que são comparáveis ​​em rigidez aos compósitos de fibra de carbono. Com isso, a equipe estabeleceu um novo recorde mundial na combinação de rigidez, força e tenacidade neste tipo de material bioinspirado.

Com a tecnologia desenvolvida recentemente, materiais semelhantes a madrepérola podem ser produzidos com propriedades feitas sob medida para a respectiva aplicação. As possíveis aplicações incluem construção, aeronaves e espaço.