Moeder natuur heeft ons veel te leren over het maken van dingen.

Met dat in gedachten, Cornell-onderzoekers hebben het proces blootgelegd waarmee weekdieren parelmoer produceren - algemeen bekend als 'parelmoer'. Samen met zijn iriserende schoonheid, dit materiaal aan de binnenkant van schelpen is ongelooflijk sterk. Weten hoe het is gemaakt, zou kunnen leiden tot nieuwe methoden om een ​​verscheidenheid aan nieuwe materialen te synthetiseren met tot nu toe onbekende eigenschappen.

"We hebben al deze hightech faciliteiten om nieuwe materialen te maken, maar maak gewoon een wandeling langs het strand en kijk wat er gemaakt wordt, " zei postdoctoraal onderzoeksmedewerker Robert Hovden, MEVROUW. '10, doctoraat '14. "De natuur doet ongelooflijke nanowetenschap, en we moeten erin graven."

Hovden is hoofdauteur van een paper waarin de ontdekking wordt beschreven die is gepubliceerd in de editie van 3 december van het tijdschrift Natuurcommunicatie . Hovden werkte samen met Lara Estroff, universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek; David Müller, hoogleraar toegepaste en technische fysica; en Stefan Wolf, een gastwetenschapper uit Duitsland, in de Bio-Inspired Materials Research Group van Estroff.

Met behulp van een hoge resolutie scanning transmissie elektronenmicroscoop (STEM), de onderzoekers onderzochten een dwarsdoorsnede van de schelp van een groot mediterraan weekdier, de nobele penschelp of waaiermossel (Pinna nobilis). Om de waarnemingen mogelijk te maken, moesten ze een speciaal monstervoorbereidingsproces ontwikkelen. Met behulp van een diamantzaag, ze snijden een dun plakje door de schaal, vervolgens schuurde het in feite neer met een dunne film waarin micron-grote stukjes diamant waren ingebed, totdat ze een monster hadden van minder dan 30 nanometer dik, geschikt voor STEM-observatie. Zoals bij het schuren van hout, ze verhuisden van zwaardere korrels voor snel snijden naar een fijne eindpolijsting om een ​​oppervlak vrij te maken van krassen die het STEM-beeld zouden kunnen vervormen.

Afbeeldingen met een resolutie op nanometerschaal onthulden dat het organisme parelmoer bouwt door een reeks lagen van een materiaal af te zetten dat nanodeeltjes calciumcarbonaat bevat. Bewegen van binnen naar buiten, deze deeltjes zien we in rijen samenkomen en samensmelten tot platte kristallen die tussen lagen organisch materiaal zijn gelamineerd. (De lagen zijn dunner dan de golflengten van zichtbaar licht, waardoor de verstrooiing die het materiaal zijn irisatie geeft.)

Wat er precies gebeurt bij elke stap is een onderwerp voor toekomstig onderzoek. Voor nu, zeiden de onderzoekers in hun paper, "We kunnen niet terug in de tijd" om het proces te observeren. Maar weten dat er nanodeeltjes bij betrokken zijn, is een waardevol inzicht voor materiaalwetenschappers, zei Hovden.