Comment les perles atteignent une précision à l’échelle nanométrique


Comment les perles atteignent une précision à l'échelle nanométrique

La microscopie électronique montre comment couches de nacre d’une perle deviennent plus précises à mesure qu’elles s’accumulent du de la perle vers l’extérieur. Crédit photo : Université du Michigan

Dans des recherches qui pourraient affecter les futurs nanomatériaux haute performance, une équipe dirigée par l’Université du Michigan a d’abord comment les mollusques construisent des structures ultra-persistantes avec un niveau de symétrie qui dépasse tout ce qui se trouve dans le monde naturel, à l’exception des atomes individuels.

« Il n’y a rien que nous, humains, pouvons faire avec une nano-architecture aussi complexe qu’une perle, avec tout notre accès à la  », a déclaré Robert Hovden, professeur adjoint de science et technologie des matériaux à l’UM et auteur de l’article. « Nous pouvons donc apprendre beaucoup en étudiant comment les perles passent d’un rien désordonné à cette structure remarquablement symétrique. »

L’analyse a été réalisée en collaboration avec des chercheurs de l’Australian National University, du Lawrence Berkeley National Laboratory, de la Western Norway University et de l’Université Cornell.

Publié dans Actes de l’Académie nationale des sciences, l’étude a révélé que la symétrie d’une perle devient de plus en plus précise au fur et à mesure qu’elle est construite, répondant à des questions séculaires sur la façon dont le fouillis en son centre devient une sorte de perfection.

Des couches de nacre, le composite organique-inorganique chatoyant et extrêmement durable dont sont faites les coquilles d’huîtres et d’autres mollusques, reposent sur un tesson d’aragonite qui entoure un centre organique. Les couches, qui représentent plus de 90 % du volume d’une perle, deviennent de plus en plus fines et conformables au fur et à mesure qu’elles s’accumulent du centre vers l’extérieur.

Le résultat le plus surprenant est peut-être que les mollusques maintiennent la symétrie de leurs perles en ajustant l’épaisseur de chaque couche de nacre. Si une couche est plus épaisse, la suivante a tendance à être plus fine et vice versa. La perle représentée dans l’étude contient 2 615 couches de nacre finement réglées qui ont été déposées en 548 jours.

« Ces couches minces et lisses de nacre ressemblent un peu à des draps de lit avec des tissus organiques entre les deux », a déclaré Hovden. « Il y a une interaction entre chaque couche et nous soupçonnons que cette interaction permet au système de se corriger au fur et à mesure de sa progression. »

L’équipe a également découvert des détails sur le fonctionnement de l’interaction entre les couches. Une analyse mathématique des couches des perles montre qu’elles suivent un phénomène connu sous le nom de « bruit 1 / f », dans lequel une série d’événements apparemment aléatoires sont connectés, chaque nouvel événement étant influencé par le précédent. Il a été démontré que le bruit 1 / f contrôle une grande variété de processus naturels et artificiels, y compris l’activité sismique, les marchés économiques, l’électricité, la physique et même la musique classique.

« Par exemple, lorsque vous lancez les dés, chaque lancer est complètement indépendant et séparé de tous les autres. Mais le bruit 1 / f diffère en ce que chaque événement est lié », a déclaré Hovden. « Nous ne pouvons pas le prédire, mais nous pouvons voir une structure dans le chaos. Et au sein de cette structure, il existe des mécanismes complexes qui permettent aux milliers de couches de nacre de croître ensemble dans l’ordre et la . »

L’équipe a découvert que les perles manquent d’un véritable ordre à longue distance – le genre de symétrie soigneusement planifiée qui maintient la cohérence des centaines de couches dans les bâtiments en briques. Au lieu de cela, les perles sont d’ordre moyen et maintiennent la symétrie pour environ 20 couches à la fois. C’est suffisant pour maintenir la cohérence et la durabilité sur les milliers de couches qui composent une perle.

L’équipe a rassemblé ses observations en étudiant les perles Akoya « Keshi » produites par l’huître Pinctada imbricata fucata près de la côte est de l’Australie. Ils ont choisi ces perles spéciales d’un diamètre d’environ 50 millimètres car elles se forment naturellement, contrairement aux perles de culture, qui ont un centre artificiel. Chaque perle a été découpée en sections de trois à cinq millimètres de diamètre avec une scie à fil diamanté, puis polie et examinée au microscope électronique.

Hovden dit que les résultats de l’étude pourraient aider à informer les matériaux de prochaine génération avec une architecture nanométrique en couches avec précision.

« Si nous construisons quelque chose comme un bâtiment en briques, avec une planification, des mesures et des modèles minutieux, nous pouvons le construire périodiquement », a-t-il déclaré. « En utilisant une stratégie différente, les mollusques peuvent obtenir des résultats similaires à l’échelle nanométrique. Nous pouvons donc apprendre beaucoup d’eux et ces connaissances pourraient nous aider à fabriquer des matériaux plus solides et plus légers à l’avenir. »


Le nouveau matériau imite la force, la ténacité de la nacre


Plus d’information:
Jiseok Gim et al., L’ordre méso-échelle de la nacre, Actes de l’Académie nationale des sciences (2021). DOI : 10.1073/pnas.2107477118

Fourni par l’Université du Michigan

Citation: How Pearls Achieve Nanoscale Precision (2021, octobre 21), consulté le 21 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-pearls-nanoscale-precision.html

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