p (PhysOrg.com) - Na natureza, a força da madrepérola é a chave para a sobrevivência de alguns moluscos. Agora uma equipe liderada por Xiaodong Li, professor de engenharia da Universidade da Carolina do Sul, propôs uma explicação para a resiliência incomum que este importante escudo defensivo mostra em face de ataques predatórios. Dadas as elaboradas estruturas em nanoescala que a biologia incorpora naturalmente na madrepérola, a equipe de pesquisa acredita que as descobertas podem servir como um modelo para a engenharia de novos materiais resistentes em laboratório. p “Por muito tempo, pensamos que entendíamos como esses biomateriais em nanoescala funcionam - mas descobrimos que apenas sabemos um pouco, ”Disse Li, cuja equipe publicou seus resultados em um artigo recém-lançado no novo jornal da Nature Publishing, Relatórios Científicos .

p Madrepérola, também chamado de nácar, constitui o revestimento interno da concha do mexilhão perolado e de alguns outros moluscos. As próprias pérolas são feitas de nácar, que é um nanomaterial composto construído pela biomaquinária do marisco. Minúsculos grãos de cristal de carbonato de cálcio são organizados de forma regular, padrão intrincado e unido por biopolímeros na estrutura do nácar, o que adiciona uma quantidade tremenda de estabilidade ao material:é cerca de 1000 vezes mais resistente a rachaduras por impacto do que a forma cristalina de carbonato de cálcio (o mineral aragonita) que compõe a maior parte do nácar.

p De fato, o carbonato de cálcio por si só é talvez mais conhecido como giz de quadro-negro; sua tendência a desmoronar mina qualquer noção de que serviria como um meio eficaz de parar uma bala. E, no entanto, a natureza organiza uma estrutura semelhante a tijolo e argamassa - com os tijolos de carbonato de cálcio medindo na faixa de nanômetros - para criar um material incrivelmente resistente, muito mais forte do que a soma de suas partes. A qualidade cintilante da madrepérola é um subproduto desta estrutura, porque a luz visível que ele reflete tem comprimentos de onda que são semelhantes em tamanho aos tijolos em nanoescala nele.

p A força de Nacre sob pressão, Li explicou, é incomum e um tanto contra a intuição. Quando comprimido rapidamente (carregamento dinâmico), ele resiste a muito mais pressão do que quando pressionado lentamente (carga estática). “Esta é uma característica dos materiais naturais com arquiteturas de nanopartículas, ”Disse Li, “Quase nenhuma cerâmica feita pelo homem tem essa propriedade, que seria inestimável em aplicações como armadura corporal, então entender como funciona é muito importante. ”

p O aumento da força do nácar em face da rápida pressão é conhecido há 10 anos, mas as razões subjacentes permaneceram obscuras. Então, a equipe de Li começou a entender o mecanismo, concentrando-se na estrutura do nácar em nanoescala. Eles cortaram com precisão amostras de madrepérola de abalone vermelho da Califórnia e as sujeitaram a cargas estáticas e dinâmicas. O nácar que foi espremido rapidamente - o teste balístico, em certo sentido - coloque mais do que o dobro da resistência antes de fraturar do que apertar lentamente. Então, Li e colegas de trabalho, que incluiu pesquisadores da USC, bem como colaboradores da Universidade da Carolina do Norte em Charlotte, usou microscopia eletrônica de transmissão para abordar os detalhes do fraturamento em nível de nanoescala.

p Seus resultados foram completamente inesperados. Em condições balísticas de compressão rápida, as partículas em nanoescala trabalham juntas para conter a flambagem do material. Os pesquisadores concluíram que a geminação de deformação, um processo visto em alguns metais e um indicador particular de resistência em face do estresse, entra em jogo com as partículas em nanoescala de carbonato de cálcio. Mas esse mecanismo só era evidente com condições balísticas, não sob a aplicação mais lenta de pressão. A equipe de Li também concluiu que deslocamentos parciais dentro da nanoestrutura conferem mais resistência ao material, mas novamente, só ocorreu em condições balísticas.

p Quando confrontado por um curto, Impulso poderoso de um predador - uma atividade contra a qual os moluscos passaram muitos milhões de anos trabalhando em sua defesa - os tijolos nanoestruturais da estrutura geral do nácar trabalham juntos para absorver o impacto e maximizar a resistência. A tensão é primeiro absorvida e dissipada dentro da própria nanoestrutura antes que o próprio material seja dominado e se fratura.

p Agora que a equipe de Li elucidou os meios de defesa reforçada de madrepérola, os engenheiros podem tentar aplicar as lições a materiais sintéticos. “O verdadeiro objetivo é ser capaz de projetar esses materiais, ”Disse Li. “Compreender o mecanismo é o primeiro passo para fazer, como apenas um exemplo, melhores materiais à prova de bala. ”