Naturmaterial har extraordinära mekaniska egenskaper, som bygger på sofistikerade arrangemang och kombinationer av flera byggstenar. En nyckelaspekt av dagens materialforskning är därför att utveckla bioinspirerade material som når egenskaperna hos naturliga material – eller till och med överträffar de i vissa funktioner. Walther-gruppen vid DWI förberedde nu en pärlemor-inspirerad nanokomposit som kombinerar exceptionella mekaniska egenskaper med glasliknande transparens och en hög gas- och brandbarriär ( Naturkommunikation , 2015).

Strukturen hos pärlemor liknar en tegelvägg i mikroskopisk skala:Kalciumkarbonatplättar ('tegelstenar') alternerar med mjuka biopolymerskikt ('mortel'). Medan de solida blodplättarna fungerar som den lastbärande och förstärkande delen, energi kan försvinna in i de mjuka polymersegmenten. Tillsammans, detta resulterar i ett lätt material som anses vara guldstandarden för naturmaterial eftersom det är både anmärkningsvärt styvt och segt, en kombination av egenskaper som är svåra att realisera i syntetiska material. Tidigare tillvägagångssätt för att syntetisera nacre-mimetika var inte genomförbara i stor skala på grund av energikrävande och mödosamma flerstegsprocedurer. Också, det var inte möjligt att syntetisera transparenta nacre-mimetiska filmer och folier.

Andreas Walther och hans team bestämde sig för att använda syntetiska nanoleror för sina pärlemor-mimetiska material. Detta förbättrade materialets transparens avsevärt. Den Aachen-baserade forskargruppen förfinade också den underliggande beredningsproceduren:"Musslor växer pärlemor i en lång process. För våra nanokompositer, vi tillämpar istället en snabb självmonteringsprocess, " förklarar kemisten. Först, forskarna täcker lerorna med ett lager polyvinylalkohol ('murbruk på teglet') och därefter, dessa kärna/skalpartiklar självmonteras till en tunn film när vattnet avlägsnas. Hela proceduren tar mindre än 24 timmar.

För att lära dig mer om hur dimensionerna på nanokläderna påverkar egenskaperna hos den resulterande nanokompositen, Walther och kollegor jämförde nanotrombocyter av olika storlek. "Parlemor-mimetiken baserad på små leror är mycket tuffa. om vi använder stora leror med ett bildförhållande på 3500, de resulterande pärlemorhärmarna är både extremt styva och starka. Deras mekaniska egenskaper når faktiskt nära de hos fiberkompositer, som är mycket jobbigare att förbereda, " säger doktoranden Paramita Das. Den glasliknande transparensen och den höga gasbarriären hos nanokompositen är en extra fördel med materialet.

Denna enastående kombination av egenskaper gör det pärlemor-mimetiska materialet till en lovande kandidat för framtida tillämpningar, inte bara som ett strukturellt material, men också för gaslagringsapplikationer och livsmedelsförpackningar. Dessutom, den kan användas som ett avancerat substrat och för inkapsling av syrekänslig organisk elektronik i flexibla displayer.