Masa perłowa - Nacre
Perłowa ( / n eɪ K ər / NAY -kər również / n ć k r ə / NAK -rə ), znany również jako perłową , jest organiczno-nieorganiczny materiał kompozytowy wytwarza się przez kilka mięczaków jako wewnętrzna powłoka warstwy; to także materiał, z którego składają się perły . Jest mocny, sprężysty i opalizujący .
Masa perłowa występuje w najstarszych liniach małży , ślimaków i głowonogów . Jednak warstwa wewnętrzna w zdecydowanej większości muszli mięczaków jest porcelanowa , a nie perłowa, co zwykle skutkuje nieopalizującym połyskiem lub rzadziej opalizującym nieperłowym, takim jak struktura płomieni, którą można znaleźć w perłach konchowych .
Zewnętrzna warstwa pereł hodowlanych oraz wewnętrzna warstwa muszli perłowych ostryg i pereł słodkowodnych wykonane są z masy perłowej. Inne rodziny mięczaków, które mają wewnętrzną warstwę perłowej powłoki, obejmują ślimaki morskie, takie jak Haliotidae , Trochidae i Turbinidae .
Charakterystyka fizyczna
Struktura i wygląd
Część serii związanej z |
Biomineralizacja |
---|
Masa perłowa składa się z sześciokątnych płytek aragonitu (forma węglanu wapnia ) o szerokości 10–20 µm i grubości 0,5 µm ułożonych w ciągłą, równoległą blaszkę . W zależności od gatunku kształt tabletek jest różny; w Pinna tabletki są prostokątne, z symetrycznymi sektorami, mniej lub bardziej rozpuszczalnymi. Niezależnie od kształtu tabletek, najmniejsze jednostki, jakie zawierają, to nieregularne zaokrąglone granulki. Te warstwy są oddzielone arkusze organicznej osnowy (interfejsy) składają się z elastycznych biopolimerów (takie jak chityna , lustrin i jedwabiu -jak białek ). Ta mieszanka kruchych płytek i cienkich warstw elastycznych biopolimerów sprawia, że materiał jest mocny i sprężysty, z modułem Younga 70 GPa i granicą plastyczności około 70 MPa (w stanie suchym). Wytrzymałość i sprężystość prawdopodobnie wynikają również z adhezji przez „ceglany” układ płytek, który hamuje propagację pęknięć poprzecznych. Ta struktura, obejmująca wiele rozmiarów długości, znacznie zwiększa jej wytrzymałość , czyniąc ją prawie tak wytrzymałą jak krzem .
Statystyczna zmienność płytek krwi ma negatywny wpływ na właściwości mechaniczne (sztywność, wytrzymałość i pochłanianie energii), ponieważ statystyczna zmienność przyspiesza lokalizację deformacji. Jednak negatywne skutki zmian statystycznych mogą być równoważone przez interfejsy o dużym odkształceniu w momencie zniszczenia, któremu towarzyszy umocnienie odkształceniowe. Z drugiej strony, odporność na pękanie masy perłowej wzrasta wraz z umiarkowanymi odchyleniami statystycznymi, co powoduje powstawanie twardych obszarów, w których pęknięcie zostaje zakotwiczone. Jednak wyższe odchylenia statystyczne generują bardzo słabe obszary, które umożliwiają propagację pęknięcia bez większego oporu, powodując zmniejszenie odporności na kruche pękanie. Badania wykazały, że te słabe defekty strukturalne działają jak dyssypatywne defekty topologiczne połączone ze zniekształceniem elastycznym.
Masa perłowa wydaje się opalizująca, ponieważ grubość płytek aragonitu jest zbliżona do długości fali światła widzialnego . Struktury te interferują konstruktywnie i destrukcyjnie z różnymi długościami fal światła pod różnymi kątami widzenia, tworząc strukturalne kolory .
Oś krystalograficzna c jest w przybliżeniu prostopadła do ścianki powłoki, ale kierunek pozostałych osi różni się między grupami. Wykazano, że sąsiednie tabletki mają dramatycznie różną orientację w osi c, na ogół losowo zorientowaną w zakresie ~20° od pionu. W małże i głowonogów b- punktów osi w kierunku powłoki wzrostu, natomiast w jednotarczowce on jako -osiowy który jest w ten sposób pochylona. Zazębienie się cegieł masy perłowej ma duży wpływ zarówno na mechanizm odkształcenia, jak i na jego wytrzymałość. Ponadto interfejs mineralno-organiczny zapewnia zwiększoną sprężystość i wytrzymałość międzywarstw organicznych.
Tworzenie
Formacja masy perłowej nie jest w pełni zrozumiała. Początkowy zespół początkowy, obserwowany u Pinna nobilis , jest napędzany przez agregację nanocząstek (~50–80 nm) w organicznej matrycy, które układają się w włóknopodobne konfiguracje polikrystaliczne. Liczba cząstek sukcesywnie wzrasta, a po osiągnięciu krytycznego upakowania łączą się one we wczesne płytki perłowe. Wzrost masy perłowej odbywa się za pośrednictwem substancji organicznych, kontrolujących początek, czas trwania i formę wzrostu kryształów. Uważa się, że poszczególne „cegły” aragonitu szybko osiągają pełną wysokość warstwy perłowej i rozszerzają się, aż dotkną sąsiednich cegieł. Daje to charakterystyczne sześciokątne upakowanie charakterystyczne dla masy perłowej. Cegły mogą tworzyć zarodki na przypadkowo rozproszonych elementach w warstwie organicznej, dobrze określonych układach białek lub mogą rosnąć epitaksjalnie z mostków mineralnych rozciągających się od leżącej pod spodem tabletki. Masa perłowa różni się od aragonitu włóknistego – kruchego minerału o tej samej postaci – tym, że wzrost w osi c (tj. w przypadku masy perłowej w przybliżeniu prostopadłej do powłoki) jest powolny w przypadku masy perłowej i szybki w przypadku aragonitu włóknistego.
W artykule opublikowanym w Nature Physics z 2021 r. zbadano masę perłową z różnych gąbek i mięczaków , zauważając, że w każdym przypadku początkowe warstwy masy perłowej nałożone przez organizm zawierały spiralne defekty. Defekty, które skręcały się w przeciwnych kierunkach, powodowały zniekształcenia w materiale, które przyciągały je do siebie w miarę narastania warstw, aż do połączenia i zniesienia się nawzajem. Późniejsze warstwy masy perłowej okazały się jednolite i uporządkowane w strukturze.
Funkcjonować
Perłowa jest wydzielany przez nabłonkowych komórek z tkanki płaszcza różnych mięczaków. Masa perłowa jest stale osadzana na wewnętrznej powierzchni muszli, opalizującej warstwie perłowej , powszechnie znanej jako masa perłowa . Warstwy masy perłowej wygładzają powierzchnię muszli i pomagają chronić tkanki miękkie przed pasożytami i niszczącymi szczątkami, zakopując je w kolejnych warstwach masy perłowej, tworząc albo perłę pęcherzową przymocowaną do wnętrza muszli, albo wolną perłę w tkankach płaszcza. Proces ten nazywa się otorbieniem i trwa tak długo, jak długo żyje mięczak.
W różnych grupach mięczaków
Forma masy perłowej różni się w zależności od grupy. W małżach warstwa masy perłowej składa się z monokryształów w ciasnym, sześciokątnym upakowaniu . U ślimaków kryształy są bliźniacze , a u głowonogów są to pseudoheksagonalne monokryształy, które często są bliźniakami.
Źródła komercyjne
Głównymi źródłami handlowych perłową były ostrygi perła , słodkowodne perły małże, oraz w mniejszym stopniu Abalone , popularne na ich solidność i piękno w drugiej połowie 19 wieku.
Szeroko stosowane do perłowych guzików, zwłaszcza w latach 1900, były muszle wielkiego zielonego ślimaka turbanowego Turbo marmoratus i dużego ślimaka górnego, Tectus niloticus . Międzynarodowy handel masą perłową reguluje Konwencja o międzynarodowym handlu dzikimi zwierzętami i roślinami gatunków zagrożonych wyginięciem , umowa podpisana przez ponad 170 krajów.
Zastosowania dekoracyjne
Architektura
Do celów architektonicznych używa się zarówno czarnej, jak i białej masy perłowej . Naturalna masa perłowa może być sztucznie zabarwiona na niemal dowolny kolor. Tessery z masy perłowej mogą być cięte na kształty i laminowane na podstawie z płytek ceramicznych lub marmuru . Tessery są ręcznie umieszczane i ściśle ze sobą sklejane, tworząc nieregularną mozaikę lub wzór (taki jak splot). Laminowany materiał ma zazwyczaj grubość około 2 milimetrów (0,079 cala). Tessery są następnie lakierowane i polerowane, tworząc trwałą i błyszczącą powierzchnię.
Zamiast używać podstawy z marmuru lub płytek, tessery z masy perłowej można przykleić do włókna szklanego . Rezultatem jest lekki materiał, który zapewnia bezproblemową instalację i nie ma ograniczeń co do rozmiaru arkusza. Arkusze masy perłowej można stosować na podłogach wewnętrznych, ścianach zewnętrznych i wewnętrznych, blatach, drzwiach i sufitach. Wstawienie do elementów architektonicznych, takich jak kolumny lub meble, jest łatwe.
Moda
Guziki z masy perłowej są używane w odzieży zarówno w celach użytkowych, jak i dekoracyjnych. W Pearly Kings and Queens są wyszukane przykładem.
Masę perłową wykorzystuje się również do ozdabiania zegarków, noży, broni i biżuterii.
Instrumenty muzyczne
Wkładka z masy perłowej jest często używana do klawiszy muzycznych i innych motywów dekoracyjnych na instrumentach muzycznych. Wiele korpusów akordeonów i harmonijek jest całkowicie pokrytych masą perłową, a niektóre gitary mają inkrustacje podstrunnicy lub główki wykonane z masy perłowej (jak również niektóre gitary mają plastikowe inkrustacje zaprojektowane w celu imitowania wyglądu masy perłowej). Buzuki i Baglamas (grecki chordofony szarpane na lutni rodziny) zazwyczaj posiadają masy perłowej ozdoby, jak robi to związane Middle Eastern oud (zazwyczaj wokół otworów dźwiękowych i z tyłu urządzenia). Smyczki instrumentów strunowych, takich jak skrzypce i wiolonczela, często mają inkrustację z masy perłowej na żabie. Jest tradycyjnie używany na klawiszach saksofonu , a także na przyciskach wentylowych trąbek i innych instrumentów dętych blaszanych. Bliski Wschód bęben kielichowy (darbuka) jest powszechnie zdobiony masą perłową.
Broń palna
Część serii na |
Muszle |
---|
Muszle mięczaków |
O muszlach mięczaków |
Inne muszle |
Masa perłowa jest często stosowana w ozdobnych rękojeściach broni palnej oraz w innych meblach z bronią palną.
Inne
Masy perłowej używa się czasem do wyrobu łyżeczkowatych przyborów do kawioru (tj. serwetek kawioru), aby nie psuć smaku metalowymi łyżeczkami.
Ołtarz , około 1520 r., z dużym wykorzystaniem rzeźbionej masy perłowej.
Perłowa kolba prochu z około 1750 roku, składająca się głównie z wypolerowanej muszli dużego ślimaka morskiego Turbo marmoratus .
Intarsje z tesserami z masy perłowej , pawilon Bagdadu, Pałac Topkapi , Stambuł .
Wisiorek z masy perłowej grawerowane Wyspy Salomona 1838
Wyprodukowana masa perłowa
W 2012 roku naukowcy stworzyli w laboratorium masę perłową na bazie wapnia, naśladując jej naturalny proces wzrostu.
W 2014 roku naukowcy wykorzystali lasery do stworzenia analogu masy perłowej poprzez grawerowanie sieci falistych trójwymiarowych „mikropęknięć” w szkle. Kiedy szkiełka zostały poddane uderzeniu, mikropęknięcia pochłaniały i rozpraszały energię, zapobiegając rozbiciu szkła. W sumie szkło poddane obróbce było podobno 200 razy twardsze niż szkło niepoddane obróbce.
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Abid, N.; Mirkhalaf, M.; Barthelat, F. (2018). „Modelowanie elementów dyskretnych materiałów perłowopodobnych: Wpływ losowych mikrostruktur na lokalizację odkształceń i wydajność mechaniczną”. Czasopismo Mechaniki i Fizyki Ciała Stałego . 112 : 385-402. Kod Bib : 2018JMPSo.112..385A . doi : 10.1016/j.jmps.2017.11.003 .
- Bruet, B.; Qi, HJ; Boyce, MC; Panas, R.; Tai, K.; Frick, L.; Ortiz, C. (2005). „Morfologia w nanoskali i wgłębienie poszczególnych tabletek masy perłowej ślimaka ślimaka Trochus niloticus ” (PDF) . J. Mater. Res . 20 (9): 2400. Kod bib : 2005JMatR..20.2400B . doi : 10.1557/JMR.2005.0273 .
- Checa, Antonio G.; Julyan HE Cartwright, Marc-Georg Willinger i Steven M. Stanley (6 stycznia 2009), „Kluczowa rola membrany powierzchniowej w tym, dlaczego macica ślimakowa rośnie w wieżach” ; Materiały Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych Ameryki , t. 106, nr 1. doi : 10.1073/pnas.0808796106 .
- Frýda, J.; Bandel, K.; Frýdová, B. (2009). „Tekstura krystalograficzna późnotriasowej masy perłowej ślimaków: dowody na długoterminową stabilność mechanizmu kontrolującego jego powstawanie” . Biuletyn Nauk o Ziemi . 84 (4): 745–754. doi : 10.3140/bull.geosci.1169 .
- Lin, A.; mgr Meyers (2005-01-15). „Wzrost i struktura w muszli uchowca”. Nauka o materiałach i inżynieria A . 390 (1–2): 27–41. doi : 10.1016/j.msea.2004.06.072 .
- Mayer, G. (2005). „Sztywny system biologiczny jako modele kompozytów syntetycznych”. Nauka . 310 (5751): 1144-1147. Kod Bibcode : 2005Sci...310.1144M . doi : 10.1126/science.1116994 . PMID 16293751 . S2CID 19079526 .