Nácar

El nácar es un material muy versátil, utilizado en la elaboración de objetos de alto valor como joyas, cucharas para servir caviar, así como láminas de recubrimiento para paredes, pisos, y otras superficies. También encuentra se usa específicamente en la elaboración de instrumentos musicales y accesorios, como pueden ser los botones.

Nacre está compuesto por plaquetas hexagonales de aragonito (una forma de carbonato cálcico) de 10 a 20 µm de ancho y 0,5 µm de espesor dispuestas en una lámina continua paralela. Dependiendo de la especie, la forma de las tabletas difiere; en Pinna, las tabletas son rectangulares, con sectores simétricos más o menos solubles. Cualquiera que sea la forma de las tabletas, las unidades más pequeñas que contienen son gránulos redondeados irregulares. Estas capas están separadas por láminas de matriz orgánica (interfaces) compuestas por biopolímeros elásticos (como quitina, lustrina y proteínas similares a la seda). Esta mezcla de plaquetas quebradizas y las capas delgadas de biopolímeros elásticos hace que el material sea fuerte y resistente, con un módulo de Young de 70 GPa y un límite elástico de aproximadamente 70 MPa (cuando está seco). También es probable que la resistencia y la elasticidad se deban a la adhesión por la disposición de "ladrillo" de las plaquetas, que inhibe la propagación de grietas transversales. Esta estructura, que abarca varios tamaños de longitud, aumenta enormemente su tenacidad, haciéndola casi tan fuerte como el silicio. La variación estadística de las plaquetas tiene un efecto negativo sobre el rendimiento mecánico (rigidez, resistencia y absorción de energía) porque la variación estadística precipita la localización de la deformación. Sin embargo, los efectos negativos de las variaciones estadísticas pueden compensarse con interfaces con gran deformación en el momento de la falla acompañada de endurecimiento por deformación. Por otro lado, la tenacidad a la fractura del nácar aumenta con variaciones estadísticas moderadas, lo que crea regiones difíciles donde la grieta queda atrapada. Pero, mayores variaciones estadísticas generan regiones muy débiles que permiten que la fisura se propague sin mucha resistencia provocando que la tenacidad a la fractura disminuya. Los estudios han demostrado que estos defectos estructurales débiles actúan como defectos topológicos disipativos acoplados por una distorsión elástica. El nácar parece iridiscente porque el grosor de las plaquetas de aragonito se acerca a la longitud de onda de la luz visible. Estas estructuras interfieren constructiva y destructivamente con diferentes longitudes de onda de luz en diferentes ángulos de visión, creando colores estructurales. El eje c cristalográfico apunta aproximadamente perpendicular a la pared de la concha, pero la dirección de los otros ejes varía entre grupos. Se ha demostrado que las tabletas adyacentes tienen una orientación del eje c dramáticamente diferente, generalmente orientada al azar dentro de ~ 20 ° de la vertical. En bivalvos y cefalópodos, el eje b apunta en la dirección del crecimiento de la concha, mientras que en la monoplacophora es el eje a el que está inclinado de esta manera. El enclavamiento de los ladrillos de nácar tiene un gran impacto tanto en el mecanismo de deformación como en su tenacidad. Además, la interfaz mineral-orgánica da como resultado una mayor resiliencia y fuerza de las capas intermedias orgánicas.

Nacre formación del nácar no se comprende completamente. El ensamblaje de inicio inicial, como se observa en Pinna nobilis, es impulsado por la agregación de nanopartículas (~ 50-80 nm) dentro de una matriz orgánica que se organizan en configuraciones policristalinas similares a fibras. El número de partículas aumenta sucesivamente y, cuando se alcanza el empaquetamiento crítico, se fusionan en plaquetas de nácar temprano. El crecimiento del nácar está mediado por compuestos orgánicos, que controlan el inicio, la duración y la forma del crecimiento de los cristales. Se cree que los "ladrillos" de aragonito individuales crecen rápidamente hasta la altura completa de la capa nacarada y se expanden hasta que se apoyan en los ladrillos adyacentes. Esto produce la característica de empaquetamiento cerrado hexagonal del nácar. Los ladrillos pueden nuclearse sobre elementos dispersos al azar dentro de la capa orgánica, arreglos bien definidos de proteínas, o pueden crecer epitaxialmente a partir de puentes minerales que se extienden desde la tableta subyacente. El nácar se diferencia del aragonito fibroso, un mineral frágil de la misma forma, en que el crecimiento en el eje c (es decir, aproximadamente perpendicular a la cáscara, en el nácar) es lento en el nácar y rápido en el aragonito fibroso.