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Miércoles, 9 marzo 2011
Ciencia de los Materiales

Desvelan los secretos estructurales de la fortaleza del nácar

[Img #1547]El nácar, también conocido como madreperla, es el material iridiscente que reviste a muchas de las conchas de los moluscos. Es parte de un sistema de armadura de dos capas que protege al animal contra los depredadores. La quebradiza capa externa de la concha absorbe el impacto inicial, pero es propensa a agrietarse. Para evitar que estas grietas se propaguen catastróficamente a través de la concha hasta llegar al propio animal, la capa de nácar es sorprendentemente fuerte y resistente, con una asombrosa capacidad para impedir la propagación de grietas. De este modo, actúa como una especie de forro para mantener la integridad de la concha si aparecen grietas en la capa exterior.

A escala microscópica, se aprecian frágiles placas de calcita apiladas formando una estructura semejante a la formada por el ladrillo y el mortero, y finas capas de biopolímero que recubren las fronteras entre las placas. Sin embargo, el resultado es un material que es muy superior a la mera suma de capacidades de sus componentes individuales. Por ejemplo, la dureza del nácar es varios órdenes de magnitud mayor que la del propio material de la placa.

Por consiguiente, el nácar ha despertado un gran interés por parte de los expertos en ciencia de los materiales, y sirve como modelo a partir del cual se han diseñado numerosos materiales compuestos artificiales. Entre ellos, figuran materiales compuestos para sistemas de blindaje livianos, y elementos estructurales para aplicaciones aeroespaciales y de transporte en general.

Durante mucho tiempo, se ha atribuido la eficiencia excepcional del nácar a su microestructura de "ladrillo y mortero". Sin embargo, los atributos específicos de esta estructura jerárquica, que contribuyen a la dureza de nácar, han sido objeto de debate. Y por ello, aunque ha habido muchos intentos de trasladar a materiales compuestos artificiales los mecanismos de deformación observados en el nácar, la mayoría no han tenido éxito.

En un nuevo estudio, el equipo de Horacio Espinosa y Owen Loh de la Universidad del Noroeste y Pablo Zavattieri de la Universidad Purdue, las dos en Estados Unidos, ha identificado las características específicas de la microestructura del material que hacen posible su excepcional comportamiento estructural.

Los experimentos a escala atómica realizados por los investigadores ratifican su hipótesis de que las placas no son perfectamente planas, sino que tienen una ondulación típica en su superficie, y que como resultado de ello, tienden a engancharse entre ellas cuando se deslizan una contra la otra, repartiendo los daños y disipando la energía hacia áreas grandes.


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