Перламутр

«Перламутр» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Перламутр (значения) .

О формировании облаков см. полярное стратосферное облако .

Переливающийся перламутр внутри наутилуса раковины

Перламутровая ракушка превратилась в декоративный предмет.

Перламутр ( / ˈ neɪ k er / NAY -ker , также / ˈ n æ k r ə / NAK -re ), также известный как перламутр , представляет собой органо-неорганический композитный материал , вырабатываемый некоторыми моллюсками в качестве внутреннего слоя раковины . Это также материал, из которого жемчуг состоит . Он сильный, упругий и переливающийся .

Перламутр встречается у некоторых древнейших линий двустворчатых моллюсков , брюхоногих моллюсков и головоногих моллюсков . Однако внутренний слой в подавляющем большинстве раковин моллюсков фарфоровый , а не перламутровый, что обычно приводит к непереливающемуся блеску или, реже, к неперламутровому переливу, такому как структура пламени , которая наблюдается в жемчуге конк .

Внешний слой культивированного жемчуга и внутренний слой раковин жемчужных устриц и пресноводных жемчужных мидий изготовлены из перламутра. Другие семейства моллюсков, имеющие перламутровый внутренний слой раковины, включают морских брюхоногих моллюсков, таких как Haliotidae , Trochidae и Turbinidae .

Физические характеристики

Структура и внешний вид

Дополнительная информация: Структурная окраска.

Схема микроскопического строения слоев перламутра.

Электронно-микроскопическое изображение изломанной поверхности перламутра.

Перламутр состоит из шестиугольных пластинок арагонита (разновидность карбоната кальция ) шириной 10—20 мкм и толщиной 0,5 мкм, расположенных в сплошную параллельную пластинку . В зависимости от вида форма таблеток различается; у Пинны таблетки прямоугольной формы, с симметричными секторами, более или менее растворимы. Какой бы формы ни были таблетки, наименьшие содержащиеся в них единицы представляют собой гранулы неправильной округлой формы. Эти слои разделены листами органической матрицы (интерфейсами), состоящими из биополимеров ( таких как хитин , люстрин и шелкоподобные эластичных белки ).

Перламутр кажется переливающимся , поскольку толщина пластинок арагонита близка к длине волны видимого света . Эти структуры конструктивно и разрушительно интерферируют с разными длинами волн света под разными углами обзора, создавая структурные цвета .

Кристаллографическая ось c направлена ​​примерно перпендикулярно стенке оболочки, но направление других осей варьируется в зависимости от группы. Было показано, что соседние планшеты имеют совершенно разную ориентацию оси C, обычно ориентированную случайным образом в пределах ~ 20 ° от вертикали. У двустворчатых моллюсков и головоногих моллюсков ось b направлена ​​в сторону роста раковины, тогда как у моноплакофоры а . в эту сторону наклонена ось

Механические свойства

Эта смесь хрупких пластинок и тонких слоев эластичных биополимеров делает материал прочным и эластичным, с модулем Юнга 70 ГПа и пределом текучести примерно 70 МПа (в сухом состоянии). Прочность и упругость, вероятно, также обусловлены адгезией пластинок по принципу «кирпичной кладки», которая препятствует поперечному распространению трещин. Эта структура, охватывающая несколько размеров длины, значительно увеличивает его прочность , делая ее почти такой же прочной, как кремний . Интерфейс минерал-органика приводит к повышению упругости и прочности органических прослоек. Соединение кирпичей перламутра оказывает большое влияние как на механизм деформации, так и на его прочность. Испытания на растяжение , сдвиг и сжатие, анализ Вейбулла , наноиндентирование и другие методы использовались для исследования механических свойств перламутра. Также были разработаны теоретические и вычислительные методы для объяснения экспериментальных наблюдений механического поведения перламутра. Перламутр прочнее при сжимающих нагрузках, чем при растяжении , когда сила прикладывается параллельно или перпендикулярно пластинкам. Будучи ориентированной структурой, перламутр сильно анизотропен , и поэтому его механические свойства также зависят от направления.

За механическое поведение перламутра отвечают различные механизмы упрочнения. Сила сцепления , необходимая для разделения белковой и арагонитовой фаз, высока, что указывает на наличие молекулярных взаимодействий между компонентами. В слоистых структурах с твердыми и мягкими слоями (модельной системе, которую можно применять для понимания перламутра) энергия разрушения и прочность на излом больше, чем значения, характерные только для твердого материала. В частности, эта структура способствует отклонению трещины, поскольку трещине легче продолжиться в вязкоупругую и податливую органическую матрицу, чем идти прямо в другую пластинку арагонита. Это приводит к деформации пластичной белковой фазы, в результате чего трещина меняет направление и обходит хрупкую керамическую фазу. На основании экспериментов, проведенных с синтетическими материалами , подобными перламутру , выдвинута гипотеза, что податливая матрица должна иметь большую энергию разрушения, чем упругая энергия при разрушении твердой фазы. выдергивание волокон , которое происходит в других керамических композиционных материалах . Этому явлению способствует В отличие от традиционных синтетических композитов, арагонит в перламутре образует мостики между отдельными таблетками, поэтому структура удерживается вместе не только за счет прочного сцепления керамической фазы с органической, но и за счет этих соединяющих наноразмерных особенностей. Когда начинается пластическая деформация, минеральные мостики могут разрушаться, создавая небольшие неровности, которые делают поверхность раздела арагонит-белок шероховатой. Дополнительное трение, создаваемое неровностями, помогает материалу выдерживать напряжения сдвига. Было также показано, что в перламутровых композитах минеральные мостики увеличивают на изгиб , поскольку они могут передавать напряжение в материале. прочность материала Разработка синтетических композитов, которые обладают такими же механическими свойствами, как перламутр, представляет интерес для ученых, работающих над созданием более прочных материалов. Чтобы добиться этих эффектов, исследователи черпают вдохновение из перламутра и используют синтетическую керамику и полимеры, чтобы имитировать « кирпичную » структуру, минеральные мостики и другие иерархические особенности.

При обезвоживании перламутр теряет большую часть своей прочности и действует как хрупкий материал, подобно чистому арагониту. На твердость этого материала также негативно влияет обезвоживание. Вода действует как пластификатор органической матрицы, улучшая ее прочность и снижая модуль сдвига. Гидратация белкового слоя также снижает его модуль Юнга , что, как ожидается, улучшит энергию разрушения и прочность композита с чередованием твердых и мягких слоев.

Статистическая вариация пластинок отрицательно влияет на механические характеристики (жесткость, прочность и поглощение энергии), поскольку статистическая вариация ускоряет локализацию деформации. Однако негативные эффекты статистических отклонений могут быть компенсированы интерфейсами с большой деформацией при разрушении, сопровождающейся деформационным упрочнением. С другой стороны, вязкость разрушения перламутра увеличивается при умеренных статистических колебаниях, что создает жесткие области, в которых трещина застревает. Но более высокие статистические вариации создают очень слабые области, которые позволяют трещине распространяться без особого сопротивления, вызывая снижение вязкости разрушения. Исследования показали, что эти слабые структурные дефекты действуют как диссипативные топологические дефекты, связанные с упругим искажением.

Формирование

Процесс образования перламутра до конца не ясен. Это наблюдалось у Pinna nobilis , где оно начинается с крошечных частиц (~ 50–80 нм), группирующихся внутри природного материала. Эти частицы выстраиваются в линию, напоминающую волокна, и продолжают размножаться. Когда частиц достаточно, они собираются вместе, образуя ранние стадии перламутра. Рост перламутра регулируется органическими веществами, которые определяют, как и когда зарождаются и развиваются кристаллы перламутра.

Считается, что каждый кристалл, который можно рассматривать как «кирпичик», быстро растет, достигая полной высоты слоя перламутра. Они продолжают расти, пока не встретятся с окружающими кирпичиками. Это создает характерную для перламутра гексагональную плотную упаковку. Рост этих кирпичиков может быть инициирован различными способами, например, из случайно разбросанных элементов внутри органического слоя, четко определенное расположение белков, или они могут расширяться за счет минеральных мостиков, идущих из нижнего слоя.

Что отличает перламутр от волокнистого арагонита, похожего по форме, но хрупкого минерала, так это скорость, с которой он растет в определенном направлении (примерно перпендикулярно раковине). Этот рост медленный в перламутре, но быстрый в волокнистом арагоните.

В статье, опубликованной в журнале Nature Physics в 2021 году, исследовался перламутр Unio pictorum , отмечая, что в каждом случае начальные слои перламутра, отложенные организмом, содержали спиральные дефекты. Дефекты, которые развивались в противоположных направлениях, создавали искажения в материале, которые притягивали их друг к другу по мере того, как слои нарастали, пока они не сливались и не уравновешивали друг друга. Более поздние слои перламутра оказались однородными и упорядоченными по структуре.

Функция

Ископаемая раковина наутилоида с оригинальным переливающимся перламутром в ископаемом асфальтовом известняке, Оклахома . Датируется поздним средним пенсильванским периодом , что делает его старейшим месторождением в мире с арагонитовыми перламутровыми окаменелостями ракушек.

Перламутр секретируют эпителиальные клетки мантийной ткани различных моллюсков. Перламутр непрерывно откладывается на внутренней поверхности раковины, образуя переливающийся перламутровый слой , широко известный как перламутр . Слои перламутра сглаживают поверхность раковины и помогают защитить мягкие ткани от паразитов и повреждающего мусора, погружая их в последовательные слои перламутра, образуя либо пузырьковую жемчужину, прикрепленную к внутренней части раковины, либо свободную жемчужину внутри тканей мантии. Этот процесс называется инцистацией , и он продолжается до тех пор, пока жив моллюск.

В разных группах моллюсков

Дополнительная информация: Раковина моллюска § Эволюция.

Форма перламутра варьируется от группы к группе. У двустворчатых моллюсков перламутровый слой образован монокристаллами в гексагональной плотной упаковке . У брюхоногих моллюсков кристаллы двойниковые , а у головоногих — псевдогексагональные монокристаллы, часто двойниковые.

Коммерческие источники

Перламутровый браслет

Основными коммерческими источниками перламутра были жемчужные устрицы , пресноводные жемчужные мидии и, в меньшей степени, морское ушко , популярное благодаря своей прочности и красоте во второй половине XIX века.

Широко использовались для изготовления жемчужных пуговиц, особенно в 1900-х годах, раковины большой зеленой улитки-тюрбана Turbo marmoratus и большой улитки-тюрбана Tectus niloticus . Международная торговля перламутром регулируется Конвенцией о международной торговле видами дикой фауны и флоры , находящимися под угрозой исчезновения, соглашением, подписанным более чем 170 странами.

Использование

Декоративный

Архитектура

И черный, и белый перламутр используются в архитектурных целях. Натуральный перламутр можно искусственно тонировать практически в любой цвет. Перламутровые тессеры можно разрезать на фигурки и ламинировать на керамическую плитку или мраморную основу. Тессеры складываются вручную и плотно сжимаются вместе, создавая неправильную мозаику или узор (например, переплетение). Ламинированный материал обычно имеет толщину около 2 миллиметров (0,079 дюйма). Затем тессеры покрываются лаком и полируются, создавая прочную и блестящую поверхность. Вместо использования мраморной или плиточной основы перламутровые мозаики можно приклеить к стекловолокну . В результате получается легкий материал, который обеспечивает бесшовную установку и не имеет ограничений по размеру листа. Перламутровые листы можно использовать на внутренних полах, наружных и внутренних стенах, столешницах, дверях и потолках. Легко осуществляется вставка в архитектурные элементы, такие как колонны или мебель.

Музыкальные инструменты

Перламутровая инкрустация часто используется для музыкальных клавиш и других декоративных мотивов на музыкальных инструментах. Корпуса многих аккордеонов и гармошек полностью покрыты перламутром, а некоторые гитары имеют вставки на грифе или грифе из перламутра (или вставки из пластика, имитирующего перламутр ). Бузуки ) обычно украшены перламутром, как и и баглама (греческие щипковые инструменты семейства лютни родственный ближневосточный уд (обычно вокруг резонаторных отверстий и на задней стороне инструмента). Смычки струнных инструментов, таких как скрипка и виолончель, часто имеют перламутровую инкрустацию на лягушке. Он традиционно используется на клавишах саксофона , а также на кнопках клапанов труб и других духовых инструментов. Ближневосточный кубковый барабан (дарбука) обычно украшается перламутром.

Индийское искусство перламутра

В конце 19 века Анукул Мунси был первым опытным художником, который успешно вырезал из раковин устриц форму человека, что привело к открытию новых горизонтов в современном индийском искусстве. На выставке Британской империи в 1924 году он получил золотую медаль. Его старшему сыну Аннаде Мунши приписывают создание индийского движения Свадеси в форме индийской рекламы. Третий сын Анукула Чарана Мунши, Ману Мунши, был одним из лучших художников по перламутру середины 20 века. В качестве лучшего примера «искусства Чару и Кару Бенгалии» бывший главный министр Западной Бенгалии доктор Бидхан Чандра Рой работу Ману «Ноахали Абхиян Гандиджи» отправил в Соединенные Штаты . Среди покровителей его произведений искусства были многочисленные выдающиеся деятели, такие как Сатьяджит Рай , Бидхан Чандра Рой , адвокат Субодх Чандра Рой, Субхо Тагор , Хумаюн Кабир , Джехангир Кабир , а также его старший брат Аннада Мунши. «Индира Ганди» была одним из его знаменитых перламутровых произведений искусства. Ему приписывают изображение Тагора в различных творческих позах, искусно вырезанных на металлических пластинах. Его двоюродный брат Пратип Мунши также был известным художником по перламутру.

Другой

Перламутровые пуговицы используются в одежде как в функциональных, так и в декоративных целях. «Жемчужные короли и королевы» — яркий тому пример.

Иногда его используют в декоративных рукоятках огнестрельного оружия и в другой оружейной фурнитуре.

Из перламутра иногда делают ложкообразную посуду для икры (т.е. ), чтобы не портить вкус металлическими ложками.

• 
  Алтарь , ок. 1520 г. , с широким использованием резного перламутра.
• 
  Перламутровая пороховница , ок. 1750 г. , в основном из Turbo marmoratus. раковины
• 
  Инкрустация перламутровыми мозаиками , дворец Топкапы , Стамбул
• 
  Подвеска из перламутра с гравировкой, Соломоновы острова , 1838 г.

Биомедицинское использование

Дополнительная информация: Жемчуг в Западной Австралии.

Биотехнологическая компания Marine Biomedical, созданная в результате сотрудничества Университета Западной Австралии Медицинской школы и предприятия по добыче жемчуга в Бруме , с 2021 г. разработка продукта из перламутра для создания «PearlBone», который можно было бы использовать у пациентов, нуждающихся в костной пластике и реконструктивной хирургии . Компания подает заявку на одобрение регулирующих органов в Австралии и ряде других стран и ожидает, что она будет одобрена для клинического использования примерно в 2024–205 годах. , где много жемчужных раковин, предполагается построить завод В регионе Кимберли , который будет перемалывать перламутр в продукт, пригодный для использования в биомедицинских продуктах. Будущие применения могут включать в себя пломбирование зубов и хирургию позвоночника .

Искусственный перламутр

В 2012 году исследователи создали в лаборатории перламутр на основе кальция, имитируя процесс его естественного роста.

В 2014 году исследователи использовали лазеры для создания аналога перламутра путем гравировки сети волнистых трехмерных «микротрещин» в стекле. Когда слайды подвергались удару, микротрещины поглощали и рассеивали энергию, не позволяя стеклу разбиться. В целом обработанное стекло, как сообщается, было в 200 раз прочнее, чем необработанное.

См. также

• Аммолит
• Жемчуг в Западной Австралии
• Раден

Дальнейшее чтение

• Абид, Н.; Мирхалаф, М.; Бартела, Ф. (2018). «Дискретно-элементное моделирование перламутровых материалов: влияние случайных микроструктур на локализацию деформации и механические характеристики». Журнал механики и физики твердого тела . 112 : 385–402. Бибкод : 2018JMPSo.112..385A . дои : 10.1016/j.jmps.2017.11.003 .
• Брюэ, Б.; Ци, HJ; Бойс, MC; Панас Р.; Тай, К.; Фрик, Л.; Ортис, К. (2005). «Наномасштабная морфология и отпечатки отдельных перламутровых таблеток брюхоногих моллюсков Trochus niloticus » (PDF) . Дж. Матер. Рез . 20 (9): 2400. Бибкод : 2005JMatR..20.2400B . дои : 10.1557/JMR.2005.0273 . S2CID   564507 .
• Чека, Антонио Г.; Джулиан Х.Э. Картрайт , Марк-Георг Виллингер и Стивен М. Стэнли (6 января 2009 г.), «Ключевая роль поверхностной мембраны в том, почему перламутр брюхоногих моллюсков растет в виде башен» ; Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки , Vol. 106, № 1. два : 10.1073/pnas.0808796106 .
• Фрида Дж.; Бандель, К.; Фридова, Б. (2009). «Кристаллографическая текстура позднетриасового перламутра брюхоногих моллюсков: свидетельство долгосрочной стабильности механизма, контролирующего его формирование» . Бюллетень геонаук . 84 (4): 745–754. дои : 10.3140/bull.geosci.1169 .
• Лин, А.; Мейерс, Массачусетс (15 января 2005 г.). «Рост и структура раковины морского ушка». Материаловедение и инженерия А. 390 (1–2): 27–41. дои : 10.1016/j.msea.2004.06.072 .
• Майер, Г. (2005). «Жесткие биологические системы как модели синтетических композитов». Наука . 310 (5751): 1144–1147. Бибкод : 2005Sci...310.1144M . дои : 10.1126/science.1116994 . ПМИД   16293751 . S2CID   19079526 .

Внешние ссылки

• Предметы с перламутром в базе данных онлайн-коллекций Исторического общества Статен-Айленда