Nácar natural, como los mejillones, es uno de los mas dificiles, materiales naturales más estables y rígidos. A los investigadores siempre les ha fascinado. La estructura del nácar es exquisita bajo el microscopio electrónico; parece una pared de ladrillos en miniatura, cuyas juntas están rellenas de mortero. Los ladrillos están compuestos por pequeñas placas de carbonato de calcio apiladas una encima de la otra e interconectadas con puentes minerales, y se rellena con un mortero compuesto de una sustancia orgánica.

Los investigadores de ETH del Grupo de Materiales Complejos dirigido por André R. Studart han estado investigando e imitando esta estructura. Los científicos de materiales utilizan un proceso especial desarrollado por ellos para producir materiales parecidos al nácar.

Usan placas de óxido de aluminio disponibles en el mercado de unas pocas docenas de micrómetros de tamaño y una resina epoxi que actúa como cemento para juntas. En un campo magnético giratorio, los investigadores alinean las placas magnetizadas disueltas en solución acuosa como se desea en una dirección, ya alta presión y temperaturas de alrededor de 1000 grados centígrados solidifican el material con la adición de una resina. Esto da como resultado un material compuesto con una microestructura similar a la del nácar natural.

Los puentes fortalecen la estructura

Para hacer que el nácar artificial sea aún más estable y más duro, el equipo utilizó ahora placas de este tipo recubiertas con óxido de titanio. El óxido de titanio comienza a derretirse a unos 800 grados, que es un punto de fusión más bajo que el óxido de aluminio. Las gotas de óxido de titanio se forman en la superficie de las plaquetas y se convierten en puentes, fortaleciendo así toda la estructura. "Estos puentes también influyen significativamente, la fuerza del material, "dice Kunal Masania, coautor de un estudio que acaba de ser publicado en la revista técnica PNAS .

La densidad de estos puentes de titanio se puede ajustar con precisión por presión y temperatura, para producir nácar artificial con las propiedades físicas deseadas, como rigidez, Resistencia y tenacidad a la fractura. Con la ayuda de un modelo y experimentos, los investigadores calcularon qué condiciones de presión y temperatura promueven la formación de las propiedades respectivas que son comparables en rigidez a los compuestos de fibra de carbono. Con este, el equipo ha establecido un nuevo récord mundial combinando rigidez, fuerza y ​​dureza en este tipo de material bioinspirado.

Con la tecnología recientemente desarrollada, Se pueden producir materiales similares al nácar que tienen propiedades personalizadas para la aplicación respectiva. Las posibles aplicaciones incluyen la construcción, aviones y espacio.