Un láser 3D graba fisuras microscópicas que hacen al vidrio 200 veces más resistente
El nácar o madreperla, es unas 3.000 veces más resistente que los minerales que la componen
Ingenieros intrigados por la dureza de las conchas de moluscos, que están compuestas de frágiles minerales, han encontrado la inspiración en su estructura para hacer vidrio 200 veces más fuerte que un cristal estándar.
En contra de la intuición, el vidrio se ve reforzada por la introducción de una red de grietas microscópicas, según un estudio publicado el martes en la revista Nature Communications.
Un equipo de la Universidad de McGill en Montreal comenzó su investigación con un estudio de materiales naturales como conchas de moluscos, huesos y uñas que son asombrosamente resistentes a pesar de que están hechos de minerales frágiles.
El secreto radica en el hecho de que los minerales están unidos entre sí en una unidad más dura y más grande.
La unión significa que la concha contiene abundantes pequeñas líneas de falla llamadas interfaces. Aparentemente, esto podría parecer una debilidad, pero en la práctica es un deflector magistral de la presión externa.
Por poner un ejemplo, la capa de la cáscara brillante del interior de algunos moluscos, conocida como el nácar o madreperla, es unas 3.000 veces más resistente que los minerales que la componen.
"Hacer un material más resistente al introducir débiles interfaces puede parecer contrario a la intuición, pero parece ser una estrategia universal y de gran éxito en los materiales naturales", dijo el diario.
Cogiendo lo aprendido, el equipo utilizó un láser 3D para grabar fisuras microscópicas en portaobjetos de vidrio, los llenaron de un polímero, y encontraron que era 200 veces más resistente.
El vidrio podía absorber impactos con mejor rendimiento y doblarse ligeramente en lugar de romperse.
"Un contenedor de vidrio estándar se romperá y se rompe si se deja caer en el suelo. Por el contrario, un recipiente hecho de nuestro vidrio bioinspirado tiene la posibilidad de deformarse un poco, sin fracturarse completamente", dijo el coautor del estudio, Francois Barthelat.
"Ese contenedor, por tanto, podría ser utilizado de nuevo después de una o varias gotas".
El vidrio grabado se puede "estirar" en casi un cinco por ciento antes de quebrarse - en comparación con una capacidad de deformación de sólo el 0,1 por ciento para el vidrio estándar.
Este cristal más fuerte puede encontrar aplicaciones en ventanas antibalas, gafas, o incluso pantallas de teléfonos inteligentes.
El vidrio es funcional debido a su transparencia, dureza, resistencia a los productos químicos y durabilidad, pero el principal inconveniente es su fragilidad.
El nuevo método para abordar esta debilidad fue "muy económico", dijo Barthelat.
"Todo lo que se necesita es un haz láser pulsado que se puede enfocar con precisión en los puntos pre-determinados.
"Nuestra técnica de grabado láser 3D se puede expandir fácilmente y aplicar a los componentes más grandes y más gruesas de diferentes formas".
Los intentos anteriores para copiar la resistente estructura de las conchas de moluscos se habían centrado en la creación de nuevos materiales mediante el ensamblaje de minúsculos "bloques de construcción" - como la construcción de un muro microscópico.
"Nuestra idea era atacar el problema desde un nuevo ángulo: comenzar con un gran bloque de material sin microestructura inicial y tallar las interfaces más débiles dentro de ella", dijo Barthelat.
Artículo científico: Overcoming the brittleness of glass through bio-inspiration and micro-architecture
