Tekniska högskolans forskningsgrupp i samarbete med VTT och Kungliga Tekniska Högskolan, Finland, visa det första exemplet på lätt men mekaniskt starkt nanokompositmaterial som efterliknar pärlemorskalen som möjliggör uppskalning för industriella processer. Materialen förväntas vara genomförbara i applikationer där lätta men starka material ger särskilda fördelar, t.ex. inom telekommunikation, flygtillämpningar, och fordon.

Pärlemorskal har lockat materialforskare redan länge, på grund av dess lätta men starka struktur. Härmar pärlemor, det nya materialet består av alternerande oorganiska blodplättar i nanoskala limmade av polymerer, och materialen självmonteras spontant i en enstegsprocess för att bilda skiktade strukturer, använder till exempel papperstillverkningsprocessen, målning, och sprider sig.

"Den nya uppfinningen är baserad på djup förståelse av självmonteringsprocesser inom materialvetenskap, " säger doktor Andreas Walther och akademiprofessor Olli Ikkala som leder projektet. "Vi har använt självmontering och hierarkier redan länge i andra typer av material för att uppnå funktionella egenskaper. Ett bra exempel på självmontering ges av proteiner vars kedjor innehåller på ett känsligt sätt information om hur man sätter ihop som funktionella strukturer."

Olika nanokompositmaterial har redan undersökts omfattande. Dock, det har varit en utmaning att uppnå drastiskt förbättrade egenskaper eller koncept som är lätta att skala upp för storskaliga tekniska tillämpningar.

Lätta och starka material har många användningsområden

Det nya materialet har väckt ett stort intresse. Egenskaperna är lätta att justera. För närvarande visar den en dragmodul på 45 GPa, draghållfastheten på 250 MPa, den har mycket låg gaspermeation, och den visar mycket goda egenskaper som termisk sköld vid exponerad brand. Materialet har utvecklats utifrån initial finansiering av Finlands Akademi, som fortsatt av UPM, ett globalt skogsproduktföretag, som också har patentsökt på konceptet

"Vi tror att materialet kan vara attraktivt för mobil teknik och även för flexibel elektronik som stöd- och barriärmaterial, säger Walther och Ikkala.

Vid ytterligare anpassning av materialen och processerna, applikationerna relaterade till fordon och flyg förväntas bli genomförbara. De lätta men starka materialen kan leda till energibesparingar.

Naturen inspirerar till nya högteknologiska material

Det nya materialet är ett exempel på biomimetik, som syftar till att efterlikna de mest attraktiva materialen i naturen, men i enklare termer.

"Materialforskarna är fascinerade av naturmaterialens känslighet. Egenskaperna har utvecklats på grund av den långa evolutionsprocessen och i vissa fall kan extraordinära egenskaper som är relevanta för teknik identifieras. Förutom pärlemorskal, materialforskarna utforskar till exempel härmar för silke, käftar, och ben."