Helsinki University of Technology onderzoeksgroep in samenwerking met VTT en Royal Institute of Technology, Finland, tonen het eerste voorbeeld van lichtgewicht maar mechanisch sterk nanocomposietmateriaal dat de parelmoerschillen nabootst die opschaling voor industriële processen mogelijk maken. De materialen zijn naar verwachting haalbaar in toepassingen waar lichtgewicht maar sterke materialen bijzondere voordelen bieden, bijv. op het gebied van telecommunicatie, ruimtevaart toepassingen, en voertuigen.

Parelmoerschelp trekt materiaalwetenschappers al lang aan, vanwege zijn lichtgewicht maar sterke structuur. Nabootsen van parelmoer, het nieuwe materiaal bestaat uit afwisselende anorganische nanoschaalplaatjes zoals gelijmd door polymeren, en de materialen assembleren zichzelf spontaan in een eenstapsproces om gelaagde structuren te vormen, met behulp van bijvoorbeeld papierproductieproces, schilderen, en verspreiden.

"De nieuwe uitvinding is gebaseerd op een diepgaand begrip van zelfassemblageprocessen in de materiaalwetenschap, ", zeggen PhD Andreas Walther en Academieprofessor Olli Ikkala die het project leiden. "We gebruiken al lang zelfassemblage en hiërarchieën in andere soorten materialen om functionele eigenschappen te bereiken. Een goed voorbeeld van zelfassemblage worden gegeven door eiwitten waarvan de ketens op een delicate manier de informatie bevatten hoe ze moeten worden geassembleerd als functionele structuren."

Verschillende nanocomposietmaterialen zijn al uitgebreid onderzocht. Echter, het is een uitdaging gebleven om drastisch verbeterde eigenschappen of concepten te realiseren die eenvoudig opschaalbaar zijn voor grootschalige technologische toepassingen.

Lichtgewicht en sterke materialen hebben een aantal toepassingen

Het nieuwe materiaal heeft een brede belangstelling gewekt. De eigenschappen zijn eenvoudig aan te passen. Momenteel vertoont het een trekmodulus van 45 GPa, de treksterkte van 250 MPa, het heeft een zeer lage gaspermeatie, en het vertoont zeer goede eigenschappen als thermisch schild bij blootgesteld vuur. Het materiaal is ontwikkeld op basis van initiële financiering van de Academie van Finland, zoals vervolgd door UPM, een wereldwijd bedrijf voor bosproducten, die ook een patent heeft aangevraagd op het concept

"Wij geloven dat het materiaal aantrekkelijk kan zijn voor mobiele technologieën en zelfs voor flexibele elektronica als ondersteunend en barrièremateriaal, ' zeggen Walther en Ikkala.

Na verdere afstemming van de materialen en de processen, de toepassingen met betrekking tot voertuigen en ruimtevaart zullen naar verwachting haalbaar worden. De lichtgewicht maar sterke materialen kunnen leiden tot energiebesparing.

De natuur inspireert tot nieuwe hightech materialen

Het nieuwe materiaal is een voorbeeld van biomimetica, die tot doel heeft de meest aantrekkelijke materialen in de natuur na te bootsen, maar in eenvoudiger bewoordingen.

"De materiaalwetenschappers zijn gefascineerd door de delicatesse van natuurlijke materialen. De eigenschappen zijn ontwikkeld door het langdurige proces van evolutie en in sommige gevallen kunnen buitengewone eigenschappen worden geïdentificeerd die relevant zijn voor de technologie. Naast paarlemoer schelpen, de materialen die wetenschappers onderzoeken, bijvoorbeeld nabootsingen voor zijde, kaken, en botten."