Image au microscope électronique d'une coupe transversale d'une coquille de mollusque. L'organisme construit sa coquille de l'intérieur vers l'extérieur en déposant des couches de nanoparticules de carbonate de calcium. Au fur et à mesure que la densité des particules augmente avec le temps, elles fusionnent en de gros cristaux plats incrustés dans des couches de matière organique pour former de la nacre.
Mère nature a beaucoup à nous apprendre sur la façon de faire les choses.
Dans cet esprit, Les chercheurs de Cornell ont découvert le processus par lequel les mollusques fabriquent la nacre – communément appelée « nacre ». Avec sa beauté irisée, ce matériau trouvé à l'intérieur des coquillages est incroyablement solide. Savoir comment il est fabriqué pourrait conduire à de nouvelles méthodes pour synthétiser une variété de nouveaux matériaux aux propriétés encore insoupçonnées.
"Nous avons toutes ces installations de haute technologie pour fabriquer de nouveaux matériaux, mais promenez-vous le long de la plage et voyez ce qui est fait, " a déclaré Robert Hovden, associé de recherche postdoctoral, MME. 'dix, doctorat '14. "La nature fait des nanosciences incroyables, et nous devons creuser dedans."
Hovden est l'auteur principal d'un article décrivant la découverte publié dans l'édition du 3 décembre de la revue Communication Nature . Hovden a travaillé avec Lara Estroff, professeur agrégé de science et ingénierie des matériaux; David Muller, professeur de physique appliquée et d'ingénierie; et Stéphane Wolf, un scientifique invité d'Allemagne, dans le groupe de recherche sur les matériaux bio-inspirés d'Estroff.
À l'aide d'un microscope électronique à balayage à transmission (STEM) à haute résolution, les chercheurs ont examiné une coupe transversale de la coquille d'un grand mollusque méditerranéen appelé coquille de plume noble ou moule éventail (Pinna nobilis). Pour rendre les observations possibles, ils ont dû développer un processus spécial de préparation des échantillons. À l'aide d'une scie diamantée, ils ont coupé une fine tranche à travers la coquille, puis en fait poncé avec un film mince dans lequel des morceaux de diamant de la taille d'un micron étaient incrustés, jusqu'à ce qu'ils aient un échantillon de moins de 30 nanomètres d'épaisseur, adapté à l'observation STEM. Comme pour le ponçage du bois, ils sont passés de grains plus lourds pour une coupe rapide à un polissage final fin pour créer une surface exempte de rayures qui pourraient déformer l'image STEM.
Des images avec une résolution à l'échelle nanométrique ont révélé que l'organisme construit de la nacre en déposant une série de couches d'un matériau contenant des nanoparticules de carbonate de calcium. En allant de l'intérieur vers l'extérieur, ces particules se rassemblent en rangées et fusionnent en cristaux plats stratifiés entre des couches de matière organique. (Les couches sont plus fines que les longueurs d'onde de la lumière visible, provoquant la diffusion qui donne au matériau son irisation.)
Ce qui se passe exactement à chaque étape est un sujet de recherche future. Pour l'instant, les chercheurs ont dit dans leur article, « On ne peut pas remonter le temps » pour observer le processus. Mais savoir que les nanoparticules sont impliquées est un aperçu précieux pour les scientifiques des matériaux, dit Hovden.
