Muscheln holen Sie sich ihre Kraft aus ineinandergreifenden "Ziegel"

Muscheln sind ziemlich hart, Cookies, und Forscher können nun wissen, warum: die Mutter der Perle, die Innenseite der Schale die Mäntel, ist übersichtlich in einer Mauerwerk-Struktur, die der Shell beide hart macht und stark.

Abalone-Muscheln besteht aus zwei Schichten, einer äußeren spröde Schicht und einer harten Innenschicht, die Mutter der Perle oder Perlmutt besteht. Wenn etwas durch die äußere Schicht durchdringt, wird die Meeresschnecke im Inneren noch durch das Perlmutt geschützt werden.

Überraschenderweise ist diese natürliche Rüstung Nacre rund 95 Prozent Kreide. Und wer zu hart auf einer Tafel geschrieben hat, weiß Kreide ist spröde und kann leicht zerbrechen. Die restlichen 5 Prozent des Materials besteht aus mehr als 30 Proteine, die wie die kalfatern fungieren, die die Kreide "Ziegel" zusammenhält.

"Muscheln nahm einige sehr bescheidenen Materialien, Kreide und Proteine und etwas viel härter gemacht", sagte Kalpana Katti, ein Werkstoff-Ingenieur an der North Dakota State University, die nicht an der Studie beteiligt war.

Materialwissenschaftler "die Struktur der Muscheln duplizieren möchten," sagte Katti LiveScience. Die Entdeckung könnte dazu beitragen, innovative Materialien für den Einsatz im Weltraum und Transporttechnologien inspirieren.

Strukturell Schalen

Festigkeit und Zähigkeit sind eigentlich zwei sehr verschiedene Dinge in der Welt der Materialwissenschaften. Stärke ist wie viel Einfluss ein Material nehmen vor dem Bruch, während Härte die Fähigkeit eines Materials ist, solch eine Wirkung ohne ein Riss bildet zu absorbieren. Zum Beispiel Glas und Silizium sind gut im Widerstand gegen verbiegen, aber wenn sie einen bestimmten Punkt erreichen sie zerbrechen, weil sie keine weitere Energie aufnehmen können.
Stahl ist hart, so dass es ohne Erschütterung gebogen werden kann.

Die meisten Materialien sind einen Kompromiss zwischen diesen beiden Eigenschaften.

"Macht dieses natürlichen Materials einzigartig ist, dass es der relativ schwachen Bestandteilen zusammengesetzt ist", sagte Studie Forscher Horacio Espinosa der Northwestern University LiveScience. Die Art und Weise, die diese schwachen Komponenten aufgebaut sind, die jedoch "Ergebnisse in ein Material, das auch ihre einzelnen Bestandteile übertrifft," sagte Espinosa.

Espinosa Team herausgefunden, dass die Perlmutt-Komponenten eine Miniatur-Struktur zu bilden, die aussieht wie eine Mauer. Die Ziegel sind in wechselnden Mode angelegt (Kreuzung in einer Schicht liegt nahe dem Zentrum der Ziegel oben und unten), hält die Risse von Vermehrung, geben dem Material seine Widerstandskraft.

Als sie näher hinsah, fanden die Forscher auch dieser Patchwork-artigen Mikrostruktur auch vermittelt Stärke, weil die Ziegel in einer sehr eigentümlichen Weise geformt sind: sie sind gewellt.

Espinosa und sein Team festgestellt, dass diese Ziegel "haben eine inhärente Welligkeit in ihren Oberflächen" sie ineinander greifen an den Enden, sagte Espinosa. "Infolgedessen neigen sie ineinander greifen, wie sie im Verhältnis zueinander, wenn Schäden zu verbreiten und zerstreuen Energie großflächig gestört, schieben."

Das heißt, ermöglicht diese Welligkeit Perlmutt zu widerstehen, biegen ohne zu brechen das spröde Material, aus denen, dem es besteht. Wenn eine Kraft ausgeübt wird, die würde sonst dazu führen, dass die Ziegel zu verformen und auseinanderziehen, was zu einem Riss, die Verzahnung der wellige Ziegel breitet sich die Energie.

Perlmutt zu neuen Materialien

Die Forscher nahmen, was sie lernten die Perlmutt Phantasie Mauerwerk und baute ein Modellmaterial, das die gleiche wellige Ziegel Wirkung hat. Diese Art von Material, das Strukturen genutzt werden, in die neue Welle der "Nanomaterialien", die Technologie, fegen wie Kohlenstoff-Nanoröhren und Graphen Verstärkungen in nanoskaligen Strukturen verwendet.

"Wir wollen Materialien, die sehr stark, sehr hart und sehr steif sind," sagte Forschungsleiter Pablo Zavattieri der Purdue University LiveScience. "Da wir anspruchsvollere Anwendungen finden, brauchen wir Materialien, die auf andere Weise auszuführen."

Solche Materialien werden als Weltraum Anwendungen, Licht-aber-starkes Flugzeug Rüstung, verwendet im Transport oder im Gebäude der leichte Brücken und sogar als Material für langlebige Batterien, die als strukturelle Komponenten verdoppeln könnte – zum Beispiel die Plastik, die Ihren Laptop ummantelt könnte als seine Energiequelle verdoppeln. Zavattieri gesteht noch, solche Anwendungen weit in der Zukunft sind.

Katti, sagte mehr Arbeit erforderlich ist, zu verstehen und die Komplexität von Perlmutt zu replizieren. "Das organische in Perlmutt ist ein Cocktail aus 30 Proteine, und wir wissen nicht, die Struktur der auch nur ein," sagte sie. "Die Mechanik des Perlmutt ist sehr komplex, eine sehr komplexe hierarchische Struktur."

Die Studie online veröffentlicht heute (1. Februar) in der Zeitschrift Nature Communications.

Sie können LiveScience Personal Schriftsteller Jennifer Welsh auf Twitter @microbelover verfolgen.