Структура перламутра в микроскопическом масштабе напоминает кирпичную стену: пластинки карбоната кальция («кирпичи») чередуются с мягкими слоями биополимера («строительный раствор»). В то время как твердые пластинки служат несущей и усиливающей частью, энергия может рассеиваться в мягких полимерных сегментах.
В совокупности это приводит к легкому материалу, который считается золотым стандартом среди натуральных материалов, поскольку он одновременно удивительно жесткий и прочный — сочетание свойств, которое трудно реализовать в синтетических материалах. Предыдущие подходы к синтезу перламутров-миметиков были неосуществимы в больших масштабах из-за энергоемких и трудоемких многоэтапных процедур. Также не удалось синтезировать прозрачные перламутровые пленки и фольги.Андреас Вальтер и его команда решили использовать синтетические наноглины в качестве материалов, имитирующих перламутр.
Это значительно улучшило прозрачность материала. Исследовательская группа из Аахена также усовершенствовала базовую процедуру приготовления: «Мидии вырастают перламутр в течение длительного процесса. Для наших нанокомпозитов мы вместо этого применяем быстрый процесс самосборки», — объясняет химик. Сначала исследователи покрывают глины слоем поливинилового спирта («строительный раствор на кирпиче»), а затем эти частицы ядра / оболочки самостоятельно собираются в тонкую пленку после удаления воды.
Вся процедура занимает менее 24 часов.Чтобы узнать больше о том, как размеры наноглины влияют на характеристики получаемого нанокомпозита, Вальтер и его коллеги сравнили нанопластинки разного размера. «Перламутровые миметики на основе мелких глин очень прочные.
Однако, если мы используем большие глины с соотношением сторон 3500, полученные перламутровые миметики будут одновременно чрезвычайно жесткими и прочными. Их механические свойства фактически близки к свойствам волокнистых композитов. , которые гораздо труднее подготовить, — говорит аспирант Парамита Дас. Стекловидная прозрачность и высокий газовый барьер нанокомпозита являются дополнительным преимуществом материала.
Это выдающееся сочетание характеристик делает перламутровый материал многообещающим кандидатом для будущих применений не только в качестве конструкционного материала, но и для хранения газа и упаковки пищевых продуктов. Кроме того, его можно использовать в качестве усовершенствованной подложки и для инкапсуляции чувствительной к кислороду органической электроники в гибких дисплеях.