Les matériaux naturels ont des propriétés mécaniques extraordinaires, qui sont basés sur des arrangements sophistiqués et des combinaisons de plusieurs blocs de construction. Un aspect clé de la recherche sur les matériaux d'aujourd'hui est donc de développer des matériaux bio-inspirés atteignant les propriétés des matériaux naturels – voire dépassant celles de certaines fonctionnalités. Le groupe Walther de DWI a maintenant préparé un nanocomposite inspiré de la nacre qui combine des propriétés mécaniques exceptionnelles avec une transparence semblable au verre et une barrière élevée contre les gaz et le feu ( Communication Nature , 2015).

La structure de la nacre ressemble à un mur de briques à l'échelle microscopique :des plaquettes de carbonate de calcium (« briques ») alternent avec des couches de biopolymère souple (« mortier »). Alors que les plaquettes solides servent de pièce porteuse et de renforcement, l'énergie peut être dissipée dans les segments polymères mous. Ensemble, il en résulte un matériau léger qui est considéré comme l'étalon-or des matériaux naturels car il est à la fois remarquablement rigide et résistant, une combinaison de caractéristiques difficile à réaliser dans les matériaux synthétiques. Les approches précédentes pour synthétiser nacre-mimétiques n'étaient pas réalisables à grande échelle en raison de procédures à plusieurs étapes énergivores et laborieuses. Aussi, il n'a pas été possible de synthétiser des films et des feuilles transparents nacre-mimétiques.

Andreas Walther et son équipe ont décidé d'utiliser des nanoargiles synthétiques pour leurs matériaux nacre-mimétiques. Cela a considérablement amélioré la transparence du matériau. Le groupe de recherche basé à Aix-la-Chapelle a également affiné la procédure de préparation sous-jacente :« Les moules font pousser de la nacre dans un long processus. Pour nos nanocomposites, nous appliquons plutôt un processus d'auto-assemblage rapide, " explique le chimiste. D'abord, les chercheurs enduisent les argiles d'une couche d'alcool polyvinylique ("mortier sur la brique") et par la suite, ces particules noyau/enveloppe s'auto-assemblent en un film mince lors de l'élimination de l'eau. L'ensemble de la procédure prend moins de 24 heures.

Pour en savoir plus sur la façon dont les dimensions des nanoargiles influencent les caractéristiques du nano-composite résultant, Walther et ses collègues ont comparé des nanoplaquettes de différentes tailles. « Les nacres mimétiques à base de petites argiles sont très résistantes. Cependant, si nous utilisons de grosses argiles avec un rapport d'aspect de 3500, les mimétiques de nacre qui en résultent sont à la fois extrêmement rigides et résistants. Leurs propriétés mécaniques sont en effet proches de celles des composites fibreux, qui sont beaucoup plus laborieux à préparer, " explique Paramita Das, doctorante. La transparence semblable au verre et la barrière élevée aux gaz du nanocomposite sont un avantage supplémentaire du matériau.

Cette combinaison exceptionnelle de caractéristiques fait du matériau nacre-mimétique un candidat prometteur pour de futures applications, non seulement comme matériau de structure, mais aussi pour les applications de stockage de gaz et d'emballage alimentaire. En outre, il peut être utilisé comme substrat avancé et pour l'encapsulation d'électronique organique sensible à l'oxygène dans des écrans flexibles.