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La frágil estrella de mar nos muestra cómo hacer materiales cerámicos super resistentes.

materiales cerámicos

Créditos de las imagenes: Office of the Spokesperson, Technion.

La frágil estrella de mar nos muestra cómo hacer materiales cerámicos super resistentes.

Un equipo de investigación dirigido por el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del Instituto de Tecnología Technion-Israel ha descubierto cómo una frágil y hermosa estrella de mar (sin cerebro) puede crear un material similar al vidrio templado (bajo el agua y en condiciones ambientales).

Los hallazgos, publicados en la edición del 8 de diciembre de Science, pueden abrir nuevas rutas de inspiración biológica para el endurecimiento de materiales cerámicos frágiles en diversas aplicaciones.

Los investigadores descubrieron el mecanismo único de protección de los vidrios altamente resistentes ubicados en los brazos del Ophiocoma wendtii, una estrella de mar frágil que habita en los arrecifes de coral.

En los brazos de esta criatura hay cientos de lentes focales que logran hacer cerámicas muy duras.

Hechos de tiza, las lentes son potentes y precisas, y el desciframiento de su estructura cristalina a nanoescala ha ocupado al investigador principal, el profesor Boaz Pokroy, y su equipo durante los últimos tres años.

 

 

Pokroy investiga materiales creados por organismos vivos y produce materiales sintéticos análogos utilizando métodos inspirados en la naturaleza.

Las conchas de moluscos, las perlas, los huesos y las caparazones de tortuga son algunos ejemplos de biomineral: minerales producidos por la criatura misma.

“Lo que impresiona de los biominerales es que están hechos de materiales disponibles en el organismo, por ejemplo, tiza”, dijo el profesor Pokroy.”

Ingenieros nunca elegirían tiza como un material de construcción duradero, pero la naturaleza lo hace, y con éxito, utilizando diferentes estrategias de endurecimiento y fortalecimiento.

Además, las criaturas producen estos biominerales en las condiciones disponibles, sin hornos y sin dispositivos generadores de presión disponibles en los laboratorios de investigación.

Por lo tanto, está claro que, como científicos e ingenieros, hay mucho que aprender de estos procesos”.

En un artículo de 2001 en Nature, un equipo dirigido por la Profesora Joanna Aizenberg (que luego asesoró al Prof. Pokroy durante su investigación postdoctoral en la Universidad de Harvard), informó por primera vez sobre el elaborado sistema óptico de Ophiocoma wendtii compuesto por lentes microscópicas hechas de un material llamado calcita.

Estas lentes enfocan la luz solar y la proyectan en los centros nerviosos que transfieren la información al resto del cuerpo a través del sistema nervioso.

“Los lentes de la Ophiocoma wendtii se crean en mar abierto, no en un laboratorio, y en efecto hemos descubierto una estrategia para hacer que el material quebradizo sea mucho más resistente y duradero en condiciones naturales”, dijo el profesor Pokroy.

“Es ‘ingeniería de cristal’ y templado sin calentamiento y enfriamiento, un proceso que podría ser muy útil en la ciencia de los materiales y la ingeniería”.

A modo de comparación, el vidrio templado y el concreto pretensado se producen ejerciendo presión que comprime el material y lo deja más compacto que su estado natural.

El templado del vidrio, por ejemplo, se realiza calentando y enfriando rápidamente el material.

 
tecnología israelí 
 

En este proceso, el exterior del material se enfría más rápidamente que el interior y, por lo tanto, comprime el interior.

Los investigadores de Technion descubrieron que la etapa crucial en el proceso de formación de lentes es la transición de la fase amorfa, la fase entre líquido y sólido, a la fase cristalina.

En esta etapa, las nanopartículas de calcita (que son más ricas en magnesio y se caracterizan por ser más compactas en una escala atómica) se separan del resto del material.

La diferencia en la concentración de magnesio en las partículas de calcita causa diversos grados de dureza, densidad y presión en diferentes regiones del material.

Las partículas ricas en magnesio ejercen presión sobre la parte interna de la lente a medida que se cristaliza, y la “templa” en un material cristalino claro y más resistente.

“Así como la naturaleza exhibe creatividad para mejorar las capacidades de un organismo en diversos contextos, como la fuerza, la detección y la autodefensa, la estrella, frágil, utiliza las materias primas existentes en condiciones naturales para crear lentes transparentes robustas y precisas.

Los científicos y los ingenieros ahora pueden intentar utilizar esta nueva bioestrategia para endurecer y fortalecer los materiales cerámicos sintéticos utilizados en diversas aplicaciones que abarcan desde lentes ópticos hasta turbocompresores automotrices e incluso implantes de biomateriales.

  

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