Le dessous d'un chiton gumboot dans le laboratoire de David Kisailus.
(Phys.org)—Un professeur assistant à l'Université de Californie, Le Bourns College of Engineering de Riverside utilise les dents d'un escargot marin trouvé au large des côtes californiennes pour créer des matériaux nanométriques moins coûteux et plus efficaces afin d'améliorer les cellules solaires et les batteries lithium-ion.
Les découvertes les plus récentes de David Kisailus, professeur assistant en génie chimique et environnemental, détaille comment poussent les dents du chiton. L'article a été publié aujourd'hui (16 janvier) dans la revue Matériaux fonctionnels avancés . Il a été co-écrit par plusieurs de ses étudiants et scientifiques actuels et anciens de l'Université Harvard à Cambridge Mass., Université Chapman à Orange, Californie et Brookhaven National Laboratory à Upton, NEW YORK.
L'article se concentre sur le chiton gumboot, le plus grand type de chiton, qui peut mesurer jusqu'à un pied de long. On les trouve le long des rives de l'océan Pacifique, du centre de la Californie à l'Alaska. Ils ont une peau supérieure coriace, qui est généralement brun rougeâtre et parfois orange, ce qui a conduit certains à lui donner le surnom de « pain de viande errant ».
Heures supplémentaires, Les chitons ont évolué pour manger des algues poussant sur et dans les rochers à l'aide d'un organe râpeur spécialisé appelé radula, une structure semblable à une bande transporteuse dans la bouche qui contient 70 à 80 rangées parallèles de dents. Pendant le processus d'alimentation, les premières rangées de dents sont utilisées pour broyer la roche pour atteindre les algues. Ils s'usent, mais de nouvelles dents sont produites en continu et entrent dans la "zone d'usure" au même rythme que les dents tombent.
Une série d'images qui montrent les dents du chiton
Kisaïlus, qui utilise la nature comme source d'inspiration pour concevoir des produits et des matériaux d'ingénierie de nouvelle génération, a commencé à étudier les chitons il y a cinq ans parce qu'il s'intéressait aux matériaux résistants à l'abrasion et aux chocs. Il a déjà déterminé que les dents de chiton contiennent le biominéral le plus dur connu sur Terre, magnétite, qui est le minéral clé qui non seulement rend la dent dure, mais aussi magnétique.
Dans le document qui vient d'être publié, "Transformations de phase et développements structurels dans les dents radulaires de Cryptochiton stelleri , " Kisailus a entrepris de déterminer comment se forme la région externe dure et magnétique de la dent.
Son travail a révélé que cela se produit en trois étapes. Initialement, des cristaux d'oxyde de fer hydraté (ferrihydrite) nucléent sur un modèle organique de type fibre chitineux (sucre complexe). Ces particules de ferrihydrite nanocristallines se transforment en un oxyde de fer magnétique (magnétite) grâce à une transformation à l'état solide. Finalement, les particules de magnétite croissent le long de ces fibres organiques, produisant des tiges parallèles dans les dents matures qui les rendent si dures et résistantes.
« Incroyablement, tout cela se produit à température ambiante et dans des conditions respectueuses de l'environnement, " a déclaré Kisailus. " Cela rend attrayant l'utilisation de stratégies similaires pour fabriquer des nanomatériaux de manière rentable. "
Kisailus utilise les leçons apprises de cette voie de biominéralisation comme source d'inspiration dans son laboratoire pour guider la croissance des minéraux utilisés dans les cellules solaires et les batteries lithium-ion. En contrôlant la taille des cristaux, forme et orientation des nanomatériaux d'ingénierie, il pense pouvoir fabriquer des matériaux qui permettront aux cellules solaires et aux batteries lithium-ion de fonctionner plus efficacement. En d'autres termes, les cellules solaires pourront capturer un plus grand pourcentage de lumière solaire et la convertir en électricité plus efficacement et les batteries lithium-ion pourraient nécessiter beaucoup moins de temps pour se recharger.
L'utilisation du modèle des dents de chiton présente un autre avantage :les nanocristaux d'ingénierie peuvent être cultivés à des températures considérablement plus basses, ce qui signifie des coûts de production nettement inférieurs.
Alors que Kisailus se concentre sur les cellules solaires et les batteries lithium-ion, les mêmes techniques pourraient être utilisées pour tout développer, des matériaux pour les cadres de voitures et d'avions aux vêtements résistants à l'abrasion. En outre, comprendre la formation et les propriétés des dents de chiton pourrait aider à créer de meilleurs paramètres de conception pour de meilleurs forets à huile et forets dentaires.
