Os materiais naturais têm propriedades mecânicas extraordinárias, que são baseados em arranjos sofisticados e combinações de vários blocos de construção. Um aspecto chave da pesquisa de materiais de hoje, portanto, é desenvolver materiais bioinspirados alcançando as propriedades dos materiais naturais - ou mesmo excedendo aquelas em certas funcionalidades. O grupo Walther em DWI agora preparou um nanocompósito inspirado em nácar que combina propriedades mecânicas excepcionais com transparência semelhante ao vidro e uma alta barreira de gás e fogo ( Nature Communications , 2015).

A estrutura do nácar se assemelha a uma parede de tijolos em escala microscópica:plaquetas de carbonato de cálcio ('tijolos') se alternam com camadas macias de biopolímero ('argamassa'). Enquanto as plaquetas sólidas servem como suporte de carga e parte de reforço, a energia pode ser dissipada nos segmentos de polímero macio. Juntos, isso resulta em um material leve que é considerado o padrão ouro de materiais naturais, uma vez que é extremamente rígido e resistente, uma combinação de recursos difícil de realizar em materiais sintéticos. Abordagens anteriores para sintetizar nacre-miméticos não eram viáveis ​​em grande escala devido a procedimentos multipasso trabalhosos e intensivos em energia. Também, não foi possível sintetizar filmes e folhas nacariméticas transparentes.

Andreas Walther e sua equipe decidiram usar nanoargilas sintéticas para seus materiais nacariméticos. Isso melhorou significativamente a transparência do material. O grupo de pesquisa baseado em Aachen também refinou o procedimento de preparação subjacente:"Os mexilhões crescem nácar em um processo demorado. Para nossos nanocompósitos, em vez disso, aplicamos um processo rápido de automontagem, "o químico explica. Primeiro, os pesquisadores revestem as argilas com uma camada de álcool polivinílico ('argamassa no tijolo') e, posteriormente, essas partículas de núcleo / casca se auto-montam em uma película fina após a remoção da água. Todo o procedimento leva menos de 24 horas.

Para saber mais sobre como as dimensões das nanoargilas influenciam as características do nanocompósito resultante, Walther e colegas compararam nanoplacas de tamanhos diferentes. "Os nácares miméticos baseados em pequenas argilas são muito resistentes. No entanto, se usarmos argilas grandes com uma proporção de 3500, os nácares miméticos resultantes são extremamente rígidos e fortes. Suas propriedades mecânicas realmente chegam perto das dos compostos de fibra, que são muito mais trabalhosos de preparar, "diz a aluna de doutorado Paramita Das. A transparência vítrea e a alta barreira de gás do nanocompósito são um benefício extra do material.

Esta excelente combinação de recursos torna o material nácar-mimético um candidato promissor para aplicações futuras, não apenas como um material estrutural, mas também para aplicações de armazenamento de gás e embalagem de alimentos. Além disso, pode ser usado como um substrato avançado e para encapsulamento de componentes eletrônicos orgânicos sensíveis ao oxigênio em visores flexíveis.