parelmoer, het regenboogkleurige materiaal dat de binnenkant van mosselen en andere weekdierschelpen bekleedt, staat bekend als het taaiste materiaal van de natuur. Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Michigan heeft onthuld hoe het precies werkt, live.

Beter bekend als parelmoer, parelmoer's combinatie van hardheid en veerkracht heeft wetenschappers al meer dan 80 jaar verbijsterd. Als mensen het zouden kunnen nabootsen, het zou kunnen leiden tot een nieuwe generatie ultrasterke synthetische materialen voor constructies, chirurgische implantaten en talloze andere toepassingen.

"Wij mensen kunnen hardere materialen maken in onnatuurlijke omgevingen, bijvoorbeeld extreme hitte en druk. Maar we kunnen het soort nano-engineering dat weekdieren hebben bereikt niet nabootsen. De combinatie van de twee benaderingen zou kunnen leiden tot een spectaculaire nieuwe generatie materialen, en dit artikel is een stap in die richting, " zei Robert Hovden, UM assistent-professor materiaalkunde en techniek.

Onderzoekers kennen de basis van het parelmoergeheim al tientallen jaren - het is gemaakt van microscopisch kleine 'bakstenen' van een mineraal genaamd aragoniet, aan elkaar geregen met een "mortel" gemaakt van organisch materiaal. Deze fysieke opstelling geeft duidelijk kracht, maar parelmoer is veel sterker dan de materialen suggereren.

Hovdens team, waaronder Jiseok Gim, afgestudeerd onderzoeksassistent in materiaalwetenschap van de U-M, evenals geochemici van de Macquarie University in Australië en elders, werkten samen om het mysterie te ontrafelen.

Bij UM's Michigan Center for Materials Characterization, de onderzoekers gebruikten kleine piëzo-elektrische micro-indentertjes om kracht uit te oefenen op schelpen van Pinna nobilis, algemeen bekend als de nobele penschelp, terwijl ze onder een elektronenmicroscoop lagen. Ze zagen wat er gebeurde in realtime.

Ze ontdekten dat de 'stenen' eigenlijk meerzijdige tabletten zijn van slechts een paar honderd nanometer groot. Gewoonlijk, deze tabletten blijven apart, gerangschikt in lagen en opgevangen door een dunne laag organische "mortel". Maar als er spanning op de schelpen wordt uitgeoefend, de "mortel" drukt opzij en de tabletten sluiten aan elkaar, het vormen van wat in wezen een vast oppervlak is. Wanneer de kracht wordt weggenomen, de structuur veert terug, zonder enige kracht of veerkracht te verliezen.

Deze veerkracht onderscheidt parelmoer van zelfs de meest geavanceerde door mensen ontworpen materialen. Kunststoffen, bijvoorbeeld, kan terugveren van een impact, maar ze verliezen elke keer wat van hun kracht. Nacre verloor niets van zijn veerkracht bij herhaalde inslagen tot 80% van zijn vloeigrens.

Bovendien, als er toch een scheur ontstaat, parelmoer beperkt de scheur tot een enkele laag in plaats van het zich te laten verspreiden, de structuur van de schaal intact te houden.

"Het is ongelooflijk dat een weekdier, dat niet het meest intelligente wezen is, fabriceert zoveel structuren op zoveel schalen, Hovden zei. "Het fabriceert individuele moleculen van calciumcarbonaat, ze rangschikken in nanogelaagde platen die aan elkaar zijn gelijmd met organisch materiaal, helemaal tot aan de structuur van de schaal, die parelmoer combineert met verschillende andere materialen."

Hovden gelooft dat mensen de methoden van de mossel zouden kunnen gebruiken om nano-gemanipuleerde composietoppervlakken te creëren die aanzienlijk lichter en sterker zouden kunnen zijn dan de huidige.

"De natuur geeft ons deze sterk geoptimaliseerde structuren met miljoenen jaren van evolutie erachter, "zei hij. "We zouden nooit genoeg computersimulaties kunnen uitvoeren om deze te bedenken - ze zijn er gewoon voor ons om te ontdekken."

De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .