p Nácar, o material iridescente que reveste as conchas de moluscos, como madrepérola e abalone, há muito tempo é um achado valioso de catadores de praia e colecionadores de projéteis, devido à beleza natural e variedade de cores que nela podem ser encontradas. Mas cientistas e engenheiros também se maravilharam e estudaram nácar por muito tempo; é um material resistente e forte, composto por camadas alternadas de plaquetas de aragonita e filme à base de proteína orgânica. O mundo natural contém muitos materiais que evoluíram ao longo do tempo para otimizar a resistência, durabilidade, e desempenho. À medida que pesquisadores e engenheiros procuram desenvolver materiais de construção melhores e mais sustentáveis, eles procuram cada vez mais a natureza em busca de inspiração. p A composição física do nácar permite que ele suporte uma quantidade considerável de pressão e danos ao longo das plaquetas, sem causar grandes danos em toda a casca. Tem sido suposto por alguns que mais está em jogo das plaquetas individuais que lhes permite tal extraordinária resistência e durabilidade, mas os pesquisadores não tinham as ferramentas e os processos para se aprofundar na relação entre a orientação do cristal e as propriedades mecânicas - até agora.

p Nas últimas duas décadas, as cascas são normalmente testadas quanto à sua resistência usando técnicas como teste de flexão macroscópica, micro- / nano-indentação, e microscópio de força atômica. Agora, Professor assistente de engenharia civil e ambiental do MIT, Admir Masic, estudante de graduação Hyun-Chae "Chad" Loh, e cinco outros combinaram microscopia eletrônica de varredura e micro-indentação com espectroscopia Raman e desenvolveram um poderoso método de caracterização quimio-mecânica que permite o mapeamento tridimensional de tensões e deformações por meio de uma técnica conhecida como piezo-Raman.

p “Desenvolvemos uma metodologia para extrair informações quimio-mecânicas importantes de um sistema biológico muito conhecido e estudado, "explica Masic, cujas descobertas foram publicadas recentemente em Communications Materials. "Correlacionar os resultados de micro indentação e piezo-Raman nos permitiu avaliar e quantificar a quantidade de tensão dissipada através da estrutura hierárquica."

p A nova abordagem para quantificar o desempenho mecânico do material é suficiente para ser uma grande notícia por si só, mas durante o processo, Masic e seus colegas pesquisadores - a quem ele credita muito do trabalho neste esforço colaborativo - ficaram surpresos com os resultados.

p "Primeiro aplicamos essas ferramentas para estudar o mecanismo de endurecimento por deformação em uma escala de poucos mícrons. No entanto, notamos que a dissipação de energia não se limitou à estrutura de tijolo e argamassa, mas estava afetando uma área muito maior do que esperávamos. Expandimos nosso escopo de estudo para uma escala maior e encontramos este novo mecanismo de tenacificação que está relacionado a uma mesoestrutura em uma escala de 20 mícrons, "diz Loh. O que os pesquisadores descobriram é que pilhas de plaquetas de aragonita co-orientadas constituem outro nível hierárquico de estrutura, que endurece o material à medida que é tensionado.

p Raman polarizado, outra técnica usada neste estudo, ajudou a equipe a observar o que é conhecido como orientação cristalográfica dos tijolos de aragonita. Através da investigação dos padrões de orientação, pesquisadores foram capazes de elucidar a escala de comprimento característica das pilhas de aragonita e relacioná-la aos padrões de propagação de trincas. As rachaduras propagadas entre as pilhas de aragonita, evidenciando sua contribuição mecânica para a dureza do nácar.

p "Isso nos deu uma oportunidade para explicar potencialmente o que está causando esse endurecimento em escalas maiores. Arranjos sistemáticos de cristais podem ser encontrados em outros materiais biominerais, como nossos dentes, e a micro-textura dos materiais impacta diretamente em sua função ”, diz Masic.

p Imitar materiais naturais como o nácar tem sido uma estratégia popular para projetar novos materiais. A pequena escala de suas estruturas, Contudo, representa um desafio para replicar e fabricar as morfologias naturais. "Com a nossa descoberta, propomos uma nova estratégia de biomimética para simular a estrutura do nácar em uma escala de 10 mícrons ou maior, em vez do nível nano ", diz Masic.

p É uma notícia empolgante para os pesquisadores que estão explorando novas possibilidades para materiais sintéticos inspirados no design natural. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.