Usando a madrepérola iridescente, frequentemente encontrada no revestimento de conchas, os pesquisadores desenvolveram um novo vidro composto com uma resistência aos impactos bastante aumentada.

A transparência e durabilidade do vidro tornam-no o material preferido em inúmeras aplicações. Mas se for usado "em um carro, um prédio ou um smartphone, componentes de vidro são sempre os elos mais fracos e os mais frágeis em todo o sistema, "disse François Barthelat, um engenheiro mecânico da Universidade McGill em Montreal que idealizou o novo vidro com seus colegas. Sob estresse, a natureza inerentemente frágil do vidro significa que as falhas preexistentes dentro dele podem se espalhar, provocando falha catastrófica repentina.

Estratégias para tornar o vidro mais resistente ao impacto incluem laminação, que une duas ou mais placas de vidro com camadas finas de resina ou outros polímeros entre elas, e temperamento, que endurece o vidro por meio de reaquecimento e resfriamento rápido. Contudo, Barthelat e seus colegas acham que podem se sair melhor procurando inspiração na natureza.

Nos últimos 15 anos, eles se concentraram na estrutura e na mecânica da madrepérola, um material opalescente resistente ao impacto, também conhecido como nácar, que ajuda a proteger os corpos macios dos moluscos das fortes mandíbulas de predadores. "Os animais consomem ingredientes relativamente fracos - um mineral quebradiço, proteínas macias - e transformá-las em uma armadura dura, mas extremamente resistente, "Barthelat disse.

A chave para a resistência do nácar está em como o material é construído como uma parede de tijolos, composto de camadas empilhadas de comprimidos minerais planos microscópicos argamassados ​​juntos por proteínas. Esses tijolos frágeis de carbonato de cálcio podem deslizar uns sobre os outros quando sob estresse, ajudando o nácar a absorver os impactos.

Para imitar o nácar, os pesquisadores usaram um feixe de laser ultravioleta pulsado para gravar padrões quadrados ou hexagonais em folhas de vidro de borosilicato regulares de 220 mícrons de espessura, ou aproximadamente o dobro da largura média de um cabelo humano. Essas placas gravadas foram então laminadas com finas camadas de plástico cada uma com 125 mícrons de espessura. Durante este processo, as folhas de vidro são separadas em ladrilhos individuais, cada um com cerca de 1 a 4 milímetros de largura.

"Mesmo que as propriedades estruturais do nácar sejam bem conhecidas há décadas, esta é a primeira vez que um grupo de pesquisa traduz este conceito para o vidro laminado, "disse o engenheiro estrutural Kyriaki Corinna Datsiou, da Universidade de Nottingham, na Inglaterra, que não participou desta pesquisa, mas escreveu um artigo de perspectiva sobre a nova pesquisa para o periódico onde é publicado.

Os anos de pesquisa que os cientistas conduziram em nácar revelaram detalhes importantes que eles queriam imitar em seu vidro. Por exemplo, os ladrilhos não podiam ser muito longos, caso contrário, eles iriam quebrar, mas se eles fossem muito curtos, eles também quebrariam, Barthelat disse. O padrão também tinha que ser altamente preciso com aleatoriedade limitada, enquanto as camadas de laminação tinham que ser altamente deformáveis, ele adicionou.

Os pesquisadores descobriram que seu vidro tipo nácar era duas a três vezes mais resistente ao impacto do que o vidro temperado ou laminado e 15 a 24 vezes mais resistente do que o vidro comum. Ao mesmo tempo, era apenas um pouco menos transparente do que o vidro laminado convencional.

"Qualquer cientista do vidro dirá que atirar um laser poderoso em um pedaço de vidro é uma má ideia, porque criará defeitos e diminuirá a resistência, "Barthelat disse." No entanto, nosso vidro é um bom exemplo em que a remoção de material e os processos aparentemente de enfraquecimento realmente tornam o material muito melhor! "

Além disso, "o método de fabricação que desenvolvemos é relativamente fácil e escalável - pode-se fazer volumes industriais deste material com muita facilidade e a um custo razoável, "Disse Barthelat. As aplicações para este vidro podem incluir automóveis e edifícios" expostos a destroços transportados pelo vento durante eventos de tempestade de vento ou ao impacto da explosão durante o terrorismo ou cenários de crime, "Datsiou disse.

Os cientistas observaram que seu vidro tipo nácar era 10% a 15% menos rígido do que o vidro normal, tornando mais provável que ceda sob pressão. Para compensar, eles sugeriram adicionar uma placa de vidro simples na frente de seu vidro tipo nácar, o que poderia aumentar a resistência geral em até 90% do vidro laminado.

No futuro, os pesquisadores querem fazer uma variedade de óculos tipo nácar, como itens curvos, ou folhas ultrafinas para telas sensíveis ao toque. "Também queremos desenvolver versões de nosso vidro nacarado que sejam dobráveis ​​- uma placa fina desse vidro se flexionaria em grandes deformações, e então se recupere sem danos, "Barthelat disse.

Datsiou também observou que o futuro vidro tipo nácar poderia incorporar outras características encontradas na madrepérola natural, como a forma ondulada ou superfícies microscopicamente rugosas de comprimidos de nácar. Isso pode aumentar sua rigidez e outras qualidades, ela explicou.

Os cientistas detalharam suas descobertas na edição de 28 de junho da revista. Ciência .

Esta história foi republicada por cortesia de Inside Science. Leia a história original aqui. Usado com permissão. Inside Science é um serviço de notícias independente editorial do American Institute of Physics.