Мать жемчуга - именно так с немецкого можно перевести слово "перламутр". Этот красивый природный материал вдохновляет не только ювелиров на создание чудесных украшений, но и химиков, которые хотят во что бы то ни стало воссоздать уникальные свойства вещества в лаборатории. Медленно приближаясь к своей цели, они уже добились значительных результатов.
Но всё равно человеку пока не удалось создать что-либо подобное по разбросу физических характеристик начальных материалов и конечного продукта (в данном случае это перламутр). Именно поэтому последнее достижение учёных выглядит столь впечатляющим на фоне остальных.
В ходе исследований химики выяснили, что высокая прочность перламутра определяется его структурой. Именно её авторы работы и попытались воссоздать.
Для этого они провели контролируемое замораживание водной суспензии оксида алюминия (глинозёма) с добавкой достаточно распространённого полимера полиметилметакрилата (ПММА).
О своих достижениях исследователи отчитались в журнале Science.
Шероховатость гибридной керамики также определяет её прочность, так как влияет на процесс сдвига "кирпичиков", а значит - и рассеивание энергии. На врезке показаны достаточно крупные брикеты нового материала. Ранее учёным удавалось получить образцы столь прочного вещества лишь в виде тонких плёнок. Там же - фотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает поведение материала под нагрузкой. Повреждение распространяется в виде небольших трещин (фото Lawrence Berkeley National Laboratory). Основой их открытия стала работа двухгодичной давности, выполненная другими исследователями из Беркли: Эдуардо Сейзом (Eduardo Saiz) и Энтони Томсиа (Antoni Tomsia).
Тогда учёные обнаружили, что можно создать весьма прочную искусственную замену человеческой кости, замораживая морскую воду.
В этот раз химики сначала тоже заморозили воду, но для того чтобы создать матрицу, которая стала основой для получения каркаса из пластин (ламелей) глинозёма (он занял поры, не заполненные льдом). Затем лёд был удалён выпариванием, и на его место был введён полимер.
Прочность материала определяется его способностью рассеивать энергию деформации. В данном случае полимер между пластинками оксида алюминия позволяет им "скользить" относительно друг друга и тем самым распределять нагрузку, точно так же, как это делают белковые структуры в раковинах моллюсков.
Но химики смогли не только создать пластинчатый каркас. Они получили возможность влиять на толщину пластин, их макроскопическую ориентацию, химию и шероховатость границ раздела ламелей. Сжимая каркас перпендикулярно слоям во время спекания, они также получили "кирпичики" оксида алюминия, добились формирования и уплотнения керамических мостиков между ними. Возможность варьирования всех этих параметров позволит в будущем получить материалы с другими свойствами, и велика вероятность - среди них найдутся те, что будут даже лучше нынешних.
"Мы попытались сымитировать природные механизмы упрочнения, заставив частички глинозёма выстраиваться в иерархические структуры, — рассказывает Ритчи в пресс-релизе лаборатории. — В будущем мы надеемся, что исследование уже полученных композитов позволит улучшить синтез лёгких небиологических материалов с уникальной твёрдостью и прочностью".
В дальнейшем химики намерены получить материалы с ещё большей прочностью. Они надеются добиться новых впечатляющих результатов, изменив соотношение оксид алюминия/ПММА в сторону увеличения содержания керамики, заменив полимер на другой, и даже заместив весь полимер металлом.
Учёные из Беркли считают, что металл не только позволит пластинкам сдвигаться относительно друг друга (при таких размерах это вполне осуществимо), но и примет на себя часть нагрузки. К тому же в отличие от полимера он может работать при высоких температурах.
Результатом станет лёгкий и прочный композитный материал, которому всегда найдётся применение как в энергетической, так и в транспортной отрасли, уверены исследователи. Достаточно привести простой пример: многие детали автомобиля, выполненные из такого композита, будут весить значительно меньше стальных, что позитивно скажется на расходе топлива.
Впрочем, до того как задумка станет реальностью (позволяющей получить выгоду производителям), надо будет не только усовершенствовать сам материал, но и организовать его массовое производство.
Описание минерала и его характеристики
В некоторых странах Европы, например Германии, Франции и Англии, перламутр имеет поэтическое название «мать жемчуга». Во французском языке перламутр называется накр {la nacre).
По химическому составу перламутр практически не отличается от жемчуга, так как представляет собой внутренний слой раковин. Пластинки арагонита в раковинах располагаются параллельно поверхности. Окраска перламутра варьируется от белой до почти черной. Блеск - перламутровый.
Твердость - 2,5-4,5; плотность - 2,7 г/см3.
Наиболее часто используемые для украшений раковины добываются в Персидском заливе, Красном море и Тихом океане.
Лечебные свойства
Лечебные свойства перламутра использовались с древних времен. Алхимики считали, что порошок из перламутра способен излечить практическн все болезни. Современные народные целители считают, что перламутр способствует укреплению здоровья организма, повышению иммунитета и работоспособности
С древних времен порошок из белого перламутра использовали для приготовления косметических кремов. Считалось, что таким кремом можно отбелить кожу лица, вывести веснушки и удалить пигментные пятна. Серьги из раковин носили для того, чтобы улучшить слух. Влияние перламутра на чакры не известно.
Магические свойства
В магической практике перламутр используется не часто. В некоторых странах мира из раковин изготавливали специальные чаши, полагая, что напитки, налитые в них, целебны. Для привлечения милости богов на поверхность раковины наносили рисунки.
Перламутр покровительствует людям, родившимся под знаками Водолея и Рыб. Водолеям он приносит удачу в трудовой деятельности. Рыбам помогает выигрывать споры и пари.
Талисманы и амулеты
В качестве талисмана перламутр способен помочь своему хозяину привнести в свою жизнь новое. Он помогает развить интуицию, сберечь мир и покой в семье, оберегает дом от злых духов. Считается, что изделия из перламутра могут служить амулетом, продлевающим годы жизни своему хозяину.
Самоцветные камни обладают своей сложной иерархией, и ценность их определяется не составом или формой, но красотой и способностью рождать в человеческом сердце нежность и восхищение. Поделочный камень – это не всегда кусок горной породы, добытый в глубокой шахте, куда никогда не проникал дневной свет; существует особая группа самоцветов органического происхождения, которые являются частью природы – сок деревьев, окаменевшие капли воды, слюна моллюсков не кажутся романтическими предметами, но через много лет постепенных естественных изменений эти прозаические вещи превращаются в чудесные украшения, не уступающие по красоте стеклянному блеску производных каменного угля.
Перламутр состоит из из углекислой извести, содержащей небольшую примесь органического вещества и 2% воды. Добывается в морских раковинах (семейства Meleagrina, Turbo, Trochus, Haliotis, Nautilus, Strombus, Cassis и Triton) и речных (беззубки, перловицы, жемчужницы). Твердость 2,5-4,5 по шкале Мооса, плотность 2,7 г/см3.
Слово «перламутр» произошло от немецкого «Perl Mutter», что означает «мать жемчуга» – действительно, все раковины, обладающие радужно-переливчатым внутренним слоем, могут стать «матерью» жемчужины, которая суть песчинка или иная инклюза, вокруг которой наросло несколько слоев перламутра. Строго говоря, перламутр – не самоцвет, а внутренний слой раковин-жемчужниц; поделочным камнем являются пластинки раковин, покрытые изнутри переливчатым известковым слоем толщиной в несколько миллиметров. Теплые солнечные лучи, рассеивающиеся в бело-голубом, свежем после дождя небе, капли утренней росы в сердце цветка лотоса, переливающиеся облака на закате… Каких только ассоциаций не рождалось у обитателей тропических островов при виде этого самоцвета! Оттенков у перламутра не меньше, чем у жемчуга – помимо привычно белого с голубыми, розовыми и золотисто-сиреневыми всполохами существует еще и зелено-серый перламутр, и розовый с зеленовато-желтым отливом, и черный с фиолетово-синим отсветом. Человеку перламутр известен очень давно и был в числе первых известных поделочных материалов – ожерелья, серьги, браслеты и другие украшения с этим камнем находят еще в гробницах Древнего Египта. В Древнем Риме перламутр ценился наравне с жемчугом, считаясь символом мудрости и власти – по легенде, стены дворца императора Нерона были облицованы пластинками перламутра. Во времена Средневековья особенно популярны среди знати были кубки и сосуды, украшенные перламутром – для этих целей употреблялись и цельные изящно закрученные раковины морских улиток, оправленные в серебро и украшенные тонкой гравировкой с изображением мифических морских чудовищ или русалок. Считалось, что напиток, налитый в подобный кубок, исцеляет от тяжелых болезней и продлевает жизнь. В России в 18-19 вв. в большинстве украшений наравне с драгоценными камнями использовали перламутр, который был излюбленной вставкой у придворных ювелиров; украшали перламутровой «чешуей» также чаши, табакерки, коробочки, церковную утварь. Ожерелья из кусочков перламутра были у Марии Стюарт и Екатерины II. С древности и до наших дней перламутр – популярный материал для парадных пуговиц и других мелких деталей туалета. По-прежнему используются пластинки перламутра для облицовки дорогих предметов декора и интерьерных деталей – ваз, блюд, инкрустации мебели, рамок для фотографий и настольных зеркалец, шкатулок и настольных наборов. Украшения из перламутра разнообразны, и сегодня можно приобрести как этническое украшение работы настоящего филлипинского или тайского мастера, так и элитное произведение класса high jewellery из модного Дома Korloff, Jilbert Albert или John Hardy.
Добывается перламутр по всему миру – раковины можно отыскать в Красном море, Персидском заливе, у островов Борнео и Цейлон, у берегов Японии и Филлипин. Пресноводные жемчужницы практически вымерли, малая толика осталась лишь в реках Северной Европы и на русском Севере. По-прежнему большая часть рынка – это товар, добытый старым, как мир, способом с помощью специально обученных ныряльщиков. Обработка перламутра – сложное занятие, ведь раковины достаточно хрупки, и одно украшение требует внимания многих мастеров, в том числе резчика, шлифовщика, полировщика, формовщика и гравёра. Иногда белый перламутр подвергают окраске в растворе хлористого серебра для создания красивого темного оттенка. Уход за перламутровыми украшениями прост – их моют в обычном мыльном растворе или протирают картофельным крахмалом, чтобы удалить въевшуюся грязь; главное правило – держать перламутр в чистоте. «Мать», как и «ребенок»-жемчуг, страдает от недостатка внимания и становится только лучше от частой носки. Оберегать перламутр следует от нагревания и открытого пламени, воздействия кислот и косметических средств.
Вплоть до 18-го века порошок из перламутра можно было купить в любой аптеке – он считался уникальным исцеляющим средством. Сегодня перламутр активно используется в косметологии и фармацевтике – самые элитные и дорогие кремы и лосьоны часто содержат «жемчужную эссенцию», которая усиливает омолаживающее воздействие, отбеливает кожу, удаляет веснушки и пигментные пятна. Современные литотерапевты придерживаются мнения, что ношение талисмана из перламутра на теле способствует укреплению иммунитета, оздоровлению всего организма и повышению работоспособности, а также успокаивает нервную систему и снимает стресс. Серьги из перламутра рекомендуются для лечения болезней органов слуха.
Энергетика перламутра связана с брачными узами – он укрепляет семью, приносит в дом мир и спокойствие, помогает осознать свои ошибки и выбрать наиболее верную линию поведения в отношениях. перламутровая витая раковина привносит в дом изобилие и материальное благополучие. Украшение из перламутра охраняет своего владельца от «дурного глаза» и негативного влияния извне, привлекает перемены и новые события; раньше верили, что перламутр продлевает жизнь носящему его. Астрологически перламутр больше всего подходит Водолеям, которым приносит удачу в карьере и трудовой деятельности, и Рыбам, которые с его помощью выигрывают споры и пари. Все остальные знаки Зодиака могут носить его, но не постоянно; противопоказан перламутр только Близнецам.
Перламутр – удивительно демократичный самоцвет, который и по сей день можно увидеть на шее или в ушах как состоятельной европейской модницы, так загорелой до черноты островитянки с тропического острова. Что же сделало его таким популярным? Наверное, весь секрет заключается в радужных переливах, неизменно завораживающих своим призрачным мерцанием; глядя на них, легко задуматься о том, что самое главное – это взглянуть на жизнь под другим углом, и привычно плоское существование сразу же засверкает новыми гранями, расцветив привычные будни новыми яркими красками.
Искусственный перламутр
На сегодняшний день добыча моллюсков, содержащих жемчуг и перламутр, очень ограничена. Во-первых потому, что потребность человечества в жемчуге и перламутре гораздо большая, чем способна предоставить нам природа. На образование одной ракушки с жемчугом уходят долгие долгие годы. Кроме того, перламутр достаточно трудно добывать.
Однако, внешний вид перламутра так притягивающе красив, что его пытаются воссоздать в тканях, цветах, лаковых покрытиях и уже даже налажено изготовление искусственного перламутра, который внешне очень похож на настоящий, но, к сожалению, не имеет ни одного из целебных и магических свойств, которыми обладает перламутр природный. Перламутр удалось сегодня получить путём смазывания желатинного листа «жемчуговой эссенцией» и поливанием его разведённым желатином, которому слой за слоем дают высохнуть.
Эта «жемчуговая эссенция» (essence d’Orient) представляет из себя жидкость, которую добывают из серебристой чешуи уклейки (Ukelei, Cyprinus alburnus). Чешуя растирается с водой до тех пор, пока не осядет на дно сосуда весь блестящий пигмент чешуи. Этот осадок затем промывается нашатырём и перемешивается с разведённым желатином. Вещество с серебряным блеском состоит из микроскопических кристаллов, соединения гуанина с известью. Впрочем, это изобретение не является находкой современности. Его автор - француз Jaquin в 1655 году впервые смог получить такое вещество. Из килограмма чешуи (от 8 000 рыб) он добывал всего навсего 120 граммов жемчужной эссенции, наречённой им «essence d’Orient», которая помогала ему в его шарлатанской деятельности, когда из стекла он получал искусственный жемчуг и продавал его по цене настоящего.
Что же касается настоящего перламутра, его можно определить с помощью нагрева, открытого пламени. Поднесённый к нему перламутр, содержащий 2% воды, трескается и теряет свой блеск. Боится перламутр также воздействия кислот, абразивов, испарений, косметических средств, его следует часто носить и хранить в укромном месте в чистоте. Чистить перламутр можно только в слабом мыльном растворе или слегка протерев картофельным крахмалом, что убирает излишнюю влагу и загрязнения.
Перламутр – камень, который использовался как украшение с древнейших времен. Добывался он из раковин моллюсков и некоторых морских зверей. Этимология слова берет начало от немецкого “Perlmutter”, что дословно переводится как “мать жемчуга”. Названия с тем же переводом есть и в других языках: английское “mother of pearl”, итальянское “madreperla”, старофранцузское “mereperle”. В древней Руси его называли просто “раковина”. То же значение имеет арабское название перламутра “накар” и современное французское “la nacre”.
Не каждый моллюск может образовывать перламутр, а оттенок и красота камня зависят от места обитания и пищи маленького жителя раковины. Больше всего ценится перламутр из тропиков, выстилающий раковины обитателей южных морей. Великолепный находят в Индийском океане. Существует сине-фиолетовый, бело-голубой, красный, розовый с золотыми крапинками, серо-зеленый перламутр. Каждый по-своему прекрасен. и все они играют в лучах света неповторимым блеском и нежными переливами оттенков.
Состоит перламутр в основном из углекислой извести с примесями органики животного происхождения. Это вещество, выстилающее изнутри обиталище моллюска относительно ровным плотным слоем, является одновременно составной частью жемчуга. Перламутр поражает искрящимися переливающимися цветами, плавными переходами от одного тона к другому. Здесь и белый, и нежно-розовый, и бледно-голубой, и зеленый, и серый, и пурпурный. Обусловлена такая окраска не пигментом, а пластинчатой слоистой структурой с тоненькими прослойками воздуха, отражающей под разными углами лучи света и вызывающей такое великолепное светопреломление и чарующий блеск.
Натуральный и искусственный перламутр
Несмотря на кажущую хрупкость, строение у перламутра довольно прочное, что вызывает сложности при его отделении от раковины. Для отделения перламутра от раковины пользовались особыми пилками. Выделяли перламутр обычно из раковин, собранных в поисках жемчуга, хотя нередко раковины для добычи перламутра искали специально. К примеру, в древнем Китае охотники за перламутром из года в год специально отправлялись в Филиппины на его добычу. Восточный перламутр ценится и по сей день. Именно он сейчас вошел в моду. Мастера Востока не только всегда славились как добытчики перламутра, но и умели окрашивать его, придавая любой, самый замысловатый цвет или оттенок.
Еще в 17 веке во Франции научились искусственно производить перламутр. Дело это далеко не легкое. Так называемая жемчуговая эссенция добывается из чешуи уклейки, для чего чешую этой рыбы растирают с водой, выделяя из нее блестящий пигмент. Пигмент представлял собой тяжелую жидкость, оседавшую на дно сосуда. Готовую жемчуговую эссенцию смешивали с растворенным в воде желатином, получая весьма неплохие искусственные камни. Из 8000 рыбин можно было выделить всего 120 г жемчуговой эссенции.
Использование перламутра в древности
Основные характеристики перламутра:
- твердость 2,5 – 4,5;
- плотность – 2,7 г/см³.
Прочность камня, цвет, непередаваемые переливы и чистота цвета, мягкие оттенки, великолепный блеск притягивали взгляды людей еще на заре цивилизации и продолжают очаровывать до сих пор. Он напоминает о море и небе, о нежном ветре и ласковых солнечных лучах, в нем таинственным образом переплелись сила и красота природы. В северных странах перламутр ценился еще и за редкость и недоступность, маня к далеким южным берегам. Он был пронизан ореолом таинственности и королевской роскоши. Перламутр, как и жемчуг, издревле был окружен сказаниями, легендами, поверьями и суевериями, что еще больше притягивало к нему и богатых красавиц и знатных мастеров. Он не зря считался одним из наиболее ценных камней, обладающих чем-то загадочным и животворческим.
Хорошо известно об использовании камня в Китае, Индии и других восточных странах, но о его применении в Риме и Греции сохранилось очень мало достоверных сведений. Хотя совершенно ясно, что камень, так высоко ценившийся в древности, был известен и этим цивилизациям. Светоний рассказывает, что перламутром были отделаны жезлы Нерона и стены его великолепного дворца. В Средние века он распространился и во Франции, куда был привнесен с Востока. В Лувре сохранилась фигурка быка, украшенная камешками перламутра. Французский король Карл V обладал многими украшениями и предметами из него. Наиболее интересна статуэтка, изображавшая церковь Гроба Господня, изготовленная из оливкового и черного дерева, инкрустированная слоновой костью, серебром и перламутром. Это произведение искусства было создано в XVI веке в Вифлееме. Статуэтка была вручена в дар западному монарху. Известно множество кубков из перламутра, отделанных серебром и выполненных с великолепным искусством. Многие работы хранятся в Оружейной палате в Москве.
Лечебные и магические свойства
Алхимикам с незапамятных эпох были известны лечебные свойства камня. Они верили, что тщательно растертый царский камень перламутр в состоянии вылечить любое заболевание. Кроме того, из него изготовляли мази и кремы, которыми отбеливали лицо, выводили веснушки и прочую нежелательную пигментацию, и использовали во многих лечебно-косметических целях. Предполагалось, что для улучшения слухового восприятия достаточно носить сережки с перламутром. Широкое применение нашла и жемчужная эссенция, которую, в отличие от жемчуговой, получали экстракцией из перламутра или жемчуга. Ее использовали для улучшения работы сердца, при обмороках и для усиления потенции. В наши дни, по мнению нетрадиционной медицины, камень обладает рядом полезных свойств:
- оказывает общеукрепляющее действие на организм человека;
- улучшает иммунитет;
- увеличивает работоспособность.
Несмотря на таинственность и чарующую притягательность, перламутр не нашел широкого применения в магии. Считалось, что жидкость, помещенная в сделанный из ракушки сосуд, будет обладать магическими и целебными свойствами.
Желая привлечь благосклонность богов, на раковины наносили всевозможные магические рисунки и символы.
Талисман из камня привлекает перемены в жизни, бережет семейную гармонию, оберегает дом от злых духов и помогает угадывать будущее, усиливая интуицию.
Амулет из перламутра продлевает жизнь.
Будущее перламутра: военные нанотехнологии
В институте военных нанотехнологий при Массачусетском технологическом институте американские ученые изучили структуру и свойства перламутра под электронным микроскопом. Исследования показали, что природный материал, покрывающий раковины моллюсков, обладает уникально прочной структурой. Химические исследования выявили необычайную сложность структуры перламутра. Основная неорганическая часть перламутра является весьма хрупким образованием. Но скрепленная небольшим количеством животной органики, она приобретает необыкновенно высокую прочность. Современные ученые продолжают исследовать до конца не изученные процессы, происходящие в клетках моллюсков в момент производства перламутра. Не остались в стороне и физики. В Беркелеевской лаборатории, специализирующейся на ядерных исследованиях, установили сходство структуры перламутра и воды в момент замерзания.
Исследования физиков, химиков и биологов дают основание предполагать, что именно этот природный материал станет прототипом брони будущего. Но это не только предположение. Массачусетский институт уже получил грант от сухопутных военных сил США на создание новой военной формы, способной защищать не только от пуль, но еще и от химического и биологического оружия. Применение новых технологий не ограничивается военной промышленностью. Уже сделаны предположения о возможности применения открытий в медицине для производства искусственной костной ткани, в электронике, автомобилестроении и других областях. Использоваться будет не натуральный камень, а искусственно выращенный на ледяных матрицах.
Виллем Кальф, «Натюрморт с чашей Гольбейна, наутилусовым кубком и тарелкой с фруктами», 1678
Китайские ученые описали метод получения искусственного перламутра, не отличающегося от натурального. Технология может использоваться и для синтеза других сложных метаматериалов, сочетающих полимерные и минеральные компоненты. Об этом авторы пишут в статье, опубликованной журналом Science .
Перламутр - естественный композитный материал сложной структуры, который некоторые виды моллюсков откладывают на внутренней стенке раковины. Он образуется орторомбическими кристаллами карбоната кальция - арагонита. Шестигранные пластины этого минерала диаметром около 10-20 мкм и толщиной около 5 мкм укладываются параллельными перекрывающимися слоями, которые проложены белковыми и полисахаридными биополимерами, включая хитин и фиброин.
Такое сочетание придает перламутру ряд ценных характеристик, которые весьма интересны для практического применения: прочность, эластичность, устойчивость к образованию трещин. Существуют различные подходы к получению искусственного перламутра: и за счет послойного наращивания, и самосборки, и «литьем намораживанием» (Freeze-casting). Однако Шу-Хун Юй (Shu-Hong Yu) и его коллеги из Научно-технического университета Китая отмечают, ни одна из этих сложных технологий не дает материал, способный сравниться с натуральным перламутром, и «не использует стратегию, которую применяют живые организмы».
Первую успешную попытку получить перламутр, сымитировав естественный процесс минерализации, предприняли кембриджские исследователи еще в 2012 году. Ученые тонким слоем осаждали биополимеры на поверхности стеклянной подложки, формировали в них пористую структуру, а затем погружали в раствор, содержавший новые полимеры, а также соли кальция и магния в тех количествах, которые они имеются в натуральном перламутре. Процесс повторялся раз за разом для наращивания новых слоев, пока не были получены качественные образцы искусственного перламутра, «идентичного натуральному».
Китайские ученые во главе с Шу-Хун Юем упростили этот подход, основанный на минерализации слоев полимерного матрикса. Используя намораживание - анизотропное формирование кристаллов при охлаждении раствора хитозана, авторы получили слоистую структуру, которая под воздействием уксусной кислоты ацетилировалась с образованием стабильного хитинового матрикса. Сквозь него прокачивали раствор бикарбоната кальция в присутствии магния, который осаждался минеральными слоями между слоями хитина. Наконец, в материал вносили белковые полимеры фиброина и спрессовывали.
Изучив образовавшийся метаматериал, ученые подтвердили его близость к натуральному перламутру на разных уровнях структуры. Карбонат кальция образовал кристаллы арагонита несколько больших размеров, чем у натурального, что сделало перламутр чуть менее твердым. Однако в целом такой материал сохранил все полезные свойства перламутра, включая привлекательный вид и устойчивость к росту микротрещин.
