Ciencia de los Materiales
El secreto de una concha de molusco que es resistente a grietas y además transparente
La concha de una criatura marina, el molusco Placuna placenta, no sólo es excepcionalmente dura, sino también lo bastante transparente como para leer a través de ella. Ahora, unos investigadores han analizado estas singulares conchas para determinar exactamente por qué son tan resistentes a la perforación y a otros daños, a pesar de estar compuestas en un 99 por ciento de calcita, un mineral débil y quebradizo.
Las singulares propiedades de estas conchas son el resultado de una nanoestructura especializada que brinda transparencia óptica, así como una disipación eficiente de energía y una gran capacidad para lidiar con la deformación. Así lo ha constatado el equipo de Ling Li y Christine Ortiz, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos.
Ortiz cuenta con una dilatada trayectoria analizando las complejas estructuras y propiedades de materiales biológicos como posibles modelos para análogos sintéticos que puedan ser incluso mejores que los originales biológicos.
Para determinar cómo exactamente se comportan estas conchas (que combinan la calcita con cerca de un 1 por ciento de material orgánico) ante las fuerzas que tienden a henderlas, los investigadores sometieron muestras a pruebas de resistencia ante intentos de provocar hendiduras, cada vez más enérgicos, mediante una afilada punta hecha de diamante en un aparato que mide con precisión las cargas soportadas por la muestra que se analiza. El equipo de investigación usó métodos de análisis de alta resolución para examinar los daños resultantes y las circunstancias en las que se produjeron.
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Fotografía, obtenida mediante un microscopio electrónico de barrido, en la que se aprecia el patrón circular y muy localizado del daño estructural inducido en un experimento. Gracias a este patrón, el daño se mantiene aislado y no se produce ninguna propagación desastrosa de grietas. (Imagen: Ling Li y James C. Weaver)
El material inicialmente aísla los daños mediante un proceso a escala atómica dentro de las unidades básicas, o bloques de construcción, de la estructura cerámica, que, en esencia forma una especie de frontera que aísla la zona sometida a la tensión estructural dañina. Esta frontera, impuesta por un patrón especial de grietas, actúa, por así decirlo, a modo de cortafuegos, impidiendo la propagación catastrófica de una grieta.
Los investigadores del MIT encontraron que ese proceso de "cortafuegos" activa además una serie de mecanismos adicionales de disipación de energía, que ayudan a repartir carga, contribuyendo así a conservar la integridad mecánica y óptica del material alrededor de la zona más afectada. Esto produce un material que es 10 veces más eficiente para disipar energía que el mineral por sí solo en su estado natural puro, sin la estructuración biológica.
Las propiedades de esta armadura natural la hacen un ejemplo prometedor al que emular, y quizá incluso superar, mediante el desarrollo de materiales sintéticos biológicamente inspirados, para aplicaciones que van desde la protección ocular o de todo el rostro en policías, soldados, u otros profesionales que afrontan riesgos parecidos, así como para ventanas en edificios y parabrisas en vehículos.
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Las singulares propiedades de estas conchas son el resultado de una nanoestructura especializada que brinda transparencia óptica, así como una disipación eficiente de energía y una gran capacidad para lidiar con la deformación. Así lo ha constatado el equipo de Ling Li y Christine Ortiz, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos.
Ortiz cuenta con una dilatada trayectoria analizando las complejas estructuras y propiedades de materiales biológicos como posibles modelos para análogos sintéticos que puedan ser incluso mejores que los originales biológicos.
Para determinar cómo exactamente se comportan estas conchas (que combinan la calcita con cerca de un 1 por ciento de material orgánico) ante las fuerzas que tienden a henderlas, los investigadores sometieron muestras a pruebas de resistencia ante intentos de provocar hendiduras, cada vez más enérgicos, mediante una afilada punta hecha de diamante en un aparato que mide con precisión las cargas soportadas por la muestra que se analiza. El equipo de investigación usó métodos de análisis de alta resolución para examinar los daños resultantes y las circunstancias en las que se produjeron.
Fotografía, obtenida mediante un microscopio electrónico de barrido, en la que se aprecia el patrón circular y muy localizado del daño estructural inducido en un experimento. Gracias a este patrón, el daño se mantiene aislado y no se produce ninguna propagación desastrosa de grietas. (Imagen: Ling Li y James C. Weaver)
Los investigadores del MIT encontraron que ese proceso de "cortafuegos" activa además una serie de mecanismos adicionales de disipación de energía, que ayudan a repartir carga, contribuyendo así a conservar la integridad mecánica y óptica del material alrededor de la zona más afectada. Esto produce un material que es 10 veces más eficiente para disipar energía que el mineral por sí solo en su estado natural puro, sin la estructuración biológica.
Las propiedades de esta armadura natural la hacen un ejemplo prometedor al que emular, y quizá incluso superar, mediante el desarrollo de materiales sintéticos biológicamente inspirados, para aplicaciones que van desde la protección ocular o de todo el rostro en policías, soldados, u otros profesionales que afrontan riesgos parecidos, así como para ventanas en edificios y parabrisas en vehículos.
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