Die Zutaten für Perlmutt aus dem Labor
Forschern ist es gelungen, Perlmutt synthetisch herzustellen. Zwar ist es nicht ganz so bruchfest wie das natürliche Pendant, doch erstmalig konnte die komplexe Struktur mithilfe der originalen Bestandteile erzeugt werden.
Für Goldschmiede ist vermutlich der schillernde Glanz das Faszinierendste am Perlmutt. Materialwissenschaftler hingegen begeistern sich vor allem für dessen mechanische Stabilität. Zusammengesetzt ist Perlmutt hauptsächlich aus sprödem Kalk, doch durch die hierarchisch, überlagerte Schichtstruktur wird es 3000 Mal bruchfester. Diese Struktur im Labor nachzumachen, war für die Wissenschaft lange schwierig. Doch jetzt konnte eine Gruppe aus Forschern der University of Science and Technology of China und der Universität Konstanz ein Perlmutt erstellen, das in der chemischen Zusammensetzung und der hierarchischen Struktur dem natürlichen Original entspricht.
Perlmutt-Struktur wie eine Ziegelsteinmauer
Für gewöhnlich besteht Perlmutt zu 95 Prozent aus dem brüchigen Kalk, die restlichen 5 Prozent machen Chitin und Seidengel aus. Das eigentliche Geheimnis aber steckt in der Matrix, die die Bestandteile in einem Mineralisationsprozess anordnet. Der Kalk legt sich in Form von Aragonitplättchen zu Schichten und Stapeln in die Schalen der Matrix, zwischen den Plättchen sitzen das Chitin und das Seidengel. Vergleichbar ist der Aufbau mit einer Ziegelsteinmauer mit Mörtel als festigendes Bindeglied.
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In ihrer Studie, veröffentlicht im Fachmagazin Science, hat das Team um den Erstautor Mao Li-Bo und den Professor für Physikalische Chemie, Helmut Cölfen, eine ähnliche Matrix aus Chitin entwickelt. Ein System pumpte dazu beständig Mineralien und das Seidengel in die Matrix. So konnte sich der Kalk innerhalb von zwei Wochen an der Matrix ablagern. Es entstand eine weichere Form des Kalk, das Calcit. Um die härteren Aragonitplättchen zu erreichen, mussten die Forscher das Material letztlich auf 80 Grad erhitzen.
Muscheln schützen sich mit Perlmutt
Bis Perlmutt in der Natur entsteht, dauert es Monate oder sogar Jahre. Der Verbundstoff kommt in den Schalen und Panzern von Muscheln und Schnecken vor. Durch seine robuste Eigenschaft schützt er die Tiere vor Fressfeinden. Das synthetisch hergestellte Perlmutt kam in ersten Tests nahe an das Original heran: Da die entstandenen Aragonitplatten leicht größer waren, war das Endprodukt etwas weniger bruchfest. Dennoch sehen die Forscher ihr Verfahren als vielversprechende Ausgangsbasis. Laut Wissenschaftler Cölfen könnte man anstelle des Kalks auch hochwertige Komponenten nutzen. "Das bedeutet, dass unser Fertigungsprozess mit mechanisch besseren Materialien als brüchigem Kalk zu künftigen Hochleistungsmaterialien führen kann", so Cölfen.
Künstliches Perlmutt (3 Bilder)
(Bild: Li-Bo Mao, Huai-Ling Gao, Yu-Feng Meng, Ning Yang and Si-Ming Chen,University of Science and Technology of China)
(jle)
