El plan de la naturaleza para cemento resistente a fracturas

Las espinas de los erizos de mar están hechas principalmente de calcita, generalmente un material muy quebradizo y frágil. En el caso del erizo de mar, sin embargo, las espinas son mucho más duraderas que la materia prima sola. La razón de su fuerza es la forma en que la naturaleza optimiza los materiales utilizando una arquitectura de estilo de pared de ladrillo. El equipo de investigación Physical Chemistry, dirigido por el profesor Helmut Cölfen, sintetizó con éxito el cemento en el nano-nivel de acuerdo con este "principio de ladrillo y mortero". Durante este proceso, se identificaron macro-moléculas que toman la función de mortero, fijando los bloques cristalinos entre sí en la escala nanométrica, con los bloques ensamblados de manera ordenada. El objetivo es hacer que el cemento sea más duradero. 
El cemento en sí tiene una estructura desordenada: cada componente se adhiere a todos los demás. Esto significa: para que el cemento se beneficie verdaderamente de la mayor estabilidad que brinda la construcción de ladrillo y mortero, su estructura tendrá que reorganizarse a nivel nanométrico. Helmut Cölfen describe el proceso como "codificación de la resistencia a la fractura a nivel nanométrico". En este caso, significa identificar un material que se adhiere solo con nanopartículas de cemento y nada más en el cemento. Se identificaron aproximadamente diez combinaciones de péptidos cargados negativamente que se adhieren y unen bien los materiales.
En colaboración con la Universidad de Stuttgart, el equipo pudo usar un haz de iones bajo un microscopio electrónico para cortar una microestructura con forma de barra del cemento nanoestructurado de tres micrómetros de tamaño. Esta microestructura se combinó con un micro manipulador. Tan pronto como se liberó, la microestructura volvió a su posición original. Los valores mecánicos podrían calcularse en función de la deformación elástica de la microestructura. En base a estos cálculos, el cemento optimizado alcanzó un valor de 200 megapascales. En comparación: las conchas de mejillón, que son el estándar de oro en resistencia a la fractura, alcanzan un valor de 210 megapascales, que es solo un poco más alto. El concreto comúnmente usado en la actualidad tiene un valor de dos a cinco megapascales.

University of Konstanz. (2017, November 29). Nature's blueprint for fracture-resistant cement: Based on the nanostructure of the sea urchin spines, scientists develop fracture-resistant cement. ScienceDaily. 

www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171129150927.htm