Kråkebockar är mestadels gjorda av kalcit, men ryggraden är mycket mer hållbar än denna råvara ensam. Anledningen till deras styrka är det sätt på vilket naturen optimerar material med hjälp av en tegelväggsstilarkitektur. Ett forskargrupp som leds av professor Helmut Cölfen syntetiserade framgångsrikt cement på nano-nivå enligt denna "brick and mortar" -princip. Under denna process, makro-molekyler identifierades som tar på sig funktionen av murbruk, fästa de kristallina blocken på varandra på nanoskala, med blocken som monterar sig på ett ordnat sätt. Syftet är att göra cement mer hållbart. Studiens resultat publiceras i 1 december 2017 -numret av Vetenskapliga framsteg .

"Vår cement, som är betydligt mer sprickresistent än något som har utvecklats hittills, ger oss helt nya konstruktionsmöjligheter, "Säger Cölfen. En pelare av detta cement kan byggas 8, 000 meter hög, eller tio gånger så hög som den nuvarande högsta byggnaden i världen, innan materialet vid dess bas skulle förstöras av sin vikt. Normalt stål, som har ett värde på 250 megapascal, kunde bara nå 3, 000 meter i höjd.

Inom nanovetenskap, tegelväggsarkitektur kan jämföras med en murare:Varje lager tegel som läggs hålls på plats av murbruk. Vägledande princip är att lagra hårt, sedan mjuk, hård, sedan mjuka material. Detta är precis principen naturen använder för att göra sjöborre taggar så motståndskraftiga. När kraft appliceras på den spröda kalciten, dess kristallina block spricker, dock, energin överförs sedan till ett mjukt stört lager. Eftersom detta material inte har några klyvningsplan att riva, det förhindrar ytterligare sprickbildning. Ett tunt snitt av sjöborrryggen avslöjar denna strukturprincip:Kristallina block i en ordnad struktur omges av ett mjukare amorft område. I sjöborrens fall, detta material är kalciumkarbonat.

Musselskal eller ben är konstruerade på ungefär samma sätt. "Vårt mål är att lära av naturen, "säger Helmut Cölfen. Forskaren har hedrats flera gånger för sina banbrytande resultat inom kristallisering, med, till exempel, 2013 års Oscarspris från Berlin-Brandenburg Academy of Sciences and Humanities. Bionik eller biomimetik är termen som används för att använda naturfenomen för att inspirera till teknisk utveckling.

Cementet självt har en störd struktur - varje komponent håller sig till alla andra. Detta innebär att för att cement verkligen ska kunna dra nytta av den ökade stabiliteten från tegel- och murbrukskonstruktion, dess struktur kommer att behöva omorganiseras på nanonivå. Helmut Cölfen beskriver processen som "kodning av frakturresistens på nano-nivå." I detta fall, det betyder att man identifierar ett material som endast binder till cementnanopartiklar och inget annat i cementet. Ungefär tio negativt laddade peptidkombinationer identifierades som både vidhäftar och binder material väl.

I samarbete med universitetet i Stuttgart, laget kunde använda en jonstråle under ett elektronmikroskop för att skära ut en stångformad mikrostruktur ur det nanostrukturerade cementet som var tre mikrometer stort. Denna mikrostruktur bockades sedan med användning av en mikromanipulator. Så snart den släpptes, mikrostrukturen återvände till sin ursprungliga position. Mekaniska värden kan beräknas baserat på mikrostrukturens elastiska deformation. Baserat på dessa beräkningar, den optimerade cementen uppnådde ett värde på 200 megapascal. Som jämförelse:Musselskal, som är guldstandarden för sprickresistens, nå ett värde på 210 megapascal, som bara är något högre. Betongen som vanligtvis används idag har ett värde på två till fem megapascal.

Se borrpinnar och musselskal är gjorda av kalcit, eftersom stora mängder kalcium finns i vatten. Helmut Cölfen förklarar:"Människor har mycket bättre byggmaterial än kalcit. Om vi ​​lyckas utforma materialstrukturer och återge naturens ritningar, vi kommer också att kunna producera mycket mer sprickresistenta material-högpresterande material inspirerade av naturen. "