Muschelschalen sind ultrahart im Nehmen

Das komplexe biokeramische Schichtmaterial einer Muschelschale kratzt nichts so leicht an, zeigen die Materialwissenschaftlerinnen Christine Ortiz und Ling Li – und wenn doch, so bleibt der natürliche Panzer insgesamt dank des höchst zweckdienlichen Aufbaus trotzdem stabil. Die Bionik-Expertinnen vom MIT dokumentieren das mit absichtlich angeritzten oder eingedellten Schalen unter dem Elektronenmikroskop (im eingefärbtem Rasterelektonenmikroskopbild erkennt man eine gut 15 Mikrometer große Deformationsstelle von oben – je grüner, desto tiefer drang die Spitze in die Schale einer Capiz-Muschel, Placuna placenta).

Wesentlich für die schwer zu übertreffende nachhaltige Stabilität der Muschelschale ist das Zusammenspiel von Kalzit-Kristallen, beschreiben die Forscherinnen. Deren Atome sind in den Materialschichten auf eine Weise zwillingsartig arrangiert, die dem Material besondere Eigenschaften verleiht: Es verhindert die Ausbreitung von Nanorissen und damit einer lokalen Deformation über größere Abschnitte. Zudem verteilt es die beim Aufprall auf die Schale auftretende Stoßenergie optimal auf die elastischeren organischen Schichten zwischen den einzelnen Kristallen, was den Stoß dann effektiv dämpft und auffängt. Ein Prinzip, von dem man lernen könnte, meinen Ortiz und Li – etwa um neue, bessere Materialien für Sportprotektoren oder kugelsichere Westen zu gestalten.