Los materiales naturales tienen propiedades mecánicas extraordinarias, que se basan en arreglos sofisticados y combinaciones de múltiples bloques de construcción. Por lo tanto, un aspecto clave de la investigación de materiales actual es desarrollar materiales bioinspirados que alcancen las propiedades de los materiales naturales, o incluso que superen las de ciertas funcionalidades. El grupo Walther en DWI ahora preparó un nanocompuesto inspirado en el nácar que combina propiedades mecánicas excepcionales con transparencia similar al vidrio y una alta barrera contra gases y fuego ( Comunicaciones de la naturaleza , 2015).

La estructura del nácar se asemeja a una pared de ladrillos a escala microscópica:las plaquetas de carbonato de calcio ('ladrillos') se alternan con capas blandas de biopolímero ('mortero'). Mientras que las plaquetas sólidas sirven como soporte de carga y parte de refuerzo, la energía se puede disipar en los segmentos de polímero blando. Juntos, Esto da como resultado un material liviano que se considera el estándar de oro de los materiales naturales, ya que es notablemente rígido y resistente. una combinación de características que es difícil de realizar en materiales sintéticos. Los enfoques anteriores para sintetizar miméticos de nácar no eran factibles a gran escala debido a los laboriosos procedimientos de varios pasos que requieren mucha energía. También, no fue posible sintetizar películas y láminas transparentes miméticas de nácar.

Andreas Walther y su equipo decidieron utilizar nanoarcillas sintéticas para sus materiales miméticos de nácar. Esto mejoró significativamente la transparencia del material. El grupo de investigación con sede en Aquisgrán también perfeccionó el procedimiento de preparación subyacente:"Los mejillones crecen nácar en un proceso prolongado. Para nuestros nanocomposites, en su lugar, aplicamos un proceso rápido de autoensamblaje, "explica el químico. Primero, los investigadores recubren las arcillas con una capa de alcohol polivinílico ('mortero sobre el ladrillo') y, posteriormente, estas partículas de núcleo / cáscara se autoensamblan en una película delgada al eliminar el agua. Todo el procedimiento dura menos de 24 horas.

Para obtener más información sobre cómo las dimensiones de las nanoarcillas influyen en las características del nanocompuesto resultante, Walther y sus colegas compararon nanoplaquetas de diferentes tamaños. "Los nácar-miméticos basados ​​en pequeñas arcillas son muy resistentes. Sin embargo, si usamos arcillas grandes con una relación de aspecto de 3500, los miméticos de nácar resultantes son extremadamente rígidos y fuertes. Sus propiedades mecánicas en realidad se acercan a las de los compuestos de fibra, que son mucho más laboriosos de preparar, "dice la estudiante de doctorado Paramita Das. La transparencia similar al vidrio y la alta barrera a los gases del nanocompuesto son un beneficio adicional del material.

Esta excelente combinación de características hace que el material mimético de nácar sea un candidato prometedor para futuras aplicaciones, no solo como material estructural, pero también para aplicaciones de almacenamiento de gas y envasado de alimentos. Además, se puede utilizar como un sustrato avanzado y para encapsular componentes electrónicos orgánicos sensibles al oxígeno en pantallas flexibles.