Химики изготовили искусственный перламутр по классическому рецепту природы

Воссоздавая слой за слоем природный материал, исследователи из Кембриджского университета изготовили искусственный перламутр, который имеет такую же структуру, механические и оптические свойства, что и природный аналог

Воссоздавая слой за слоем природный материал, исследователи из Кембриджского университета изготовили искусственный перламутр, который имеет такую же структуру, механические и оптические свойства, что и природный аналог
(фото Alex Finnemore/University of Cambridge).

Схема получения искусственного перламутра

Схема получения искусственного перламутра
(иллюстрация Finnemore et al., Nature Communications).

Слоистая структура искусственного перламутра и нанопоры. Снимки сделаны при помощи сканирующего электронного микроскопа

Слоистая структура искусственного перламутра и нанопоры. Снимки сделаны при помощи сканирующего электронного микроскопа
(фото Finnemore et al., Nature Communications).

Воссоздавая слой за слоем природный материал, исследователи из Кембриджского университета изготовили искусственный перламутр, который имеет такую же структуру, механические и оптические свойства, что и природный аналог
Схема получения искусственного перламутра
Слоистая структура искусственного перламутра и нанопоры. Снимки сделаны при помощи сканирующего электронного микроскопа

Перламутр – это радужное переливающееся покрытие, которое выстилает раковины некоторых моллюсков изнутри, а также покрывает жемчужины. Этот природный композитный материал обладает очень высокой жёсткостью. Воссоздавая слой за слоем природный шедевр, исследователи из Кембриджского университета (University of Cambridge) смогли изготовить материал, который имеет аналогичную структуру, механические и оптические свойства.

Природный перламутр состоит из шестиугольных пластинок арагонита, представляющих собой кристаллы карбоната кальция и расположенных параллельными слоями. Эти слои разделены листами рогообразного органического вещества белкового типа — конхиолина. Толщина кристаллов арагонита сравнима с длиной волны видимого света. По этой причине свет придаёт перламутру радужную окраску, переливающуюся при перемене угла зрения (наблюдается явление интерференции).

Исследователи разработали трёхстадийную технологию изготовления искусственного перламутра.

Первым шагом было создание основы перламутра — карбоната кальция, который не кристаллизуется при осаждении из раствора. Для этого химики использовали смесь неорганических ионов и органических компонентов в растворе, который имитирует строительный материал моллюсков.

Осаждаясь из такого раствора, карбонат кальция абсорбируется на предлагаемой поверхности, образуя слои строго определённой толщины.

На втором этапе осаждённый слой карбоната кальция покрывали органическим слоем с порами размером 10 нанометров. Процесс создания органического слоя был изобретён соавтором исследования доктором Алексом Финнемором (Alex Finnemore).

Наконец, на третьей стадии осуществляется кристаллизация покрытия, после чего весь процесс многократно повторяется. В итоге получается своеобразный сэндвич из кристаллических и органических слоёв.

Описание своего эксперимента исследователи опубликовали в журнале Nature Communications.

"Кристаллы перламутра имеют характерную форму, которая отражает их атомную структуру. Изменить этот процесс с заведомо идентичным результатом крайне сложно. Мы досконально разобрались в природном процессе и создали новый рецепт перламутра, используя поваренную книгу самой природы", — поясняет руководитель исследования Ульрих Штайнер (Ullrich Steiner).

"В наше время существуют высокотехнологичные композитные материалы, превосходящие перламутр по многим параметрам. Однако весь процесс его получения происходит при комнатной температуре в водной среде. Изготовление перламутра не требует дорогостоящих материалов и может быть легко автоматизировано. Учитывая такие неоспоримые преимущества, искусственный перламутр быстро найдет своё место, например, среди антикоррозионных покрытий", — уверен Алекс Феннимор.