Artículo de revista
Siliceous spicules enhance fracture-resistance and stiffness of pre-colonial Amazonian ceramics
Las espículas silíceas mejoran la resistencia a la fractura y la rigidez de las cerámicas amazónicas precoloniales
Registro en:
2045-2322
10.1038/srep13303
CP8MK
26310998
WOS:000360147800001
Autor
Natalio, Filipe
Corrales, Tomas P.
Wanka, Stephanie
Zaslansky, Paul
Kappl, Michael
Lima, Helena Pinto
Butt, Hans-Juergen
Tremel, Wolfgang
Institución
Resumen
Pottery was a traditional art and technology form in pre-colonial Amazonian civilizations, widely used for cultural expression objects, utensils and as cooking vessels. Abundance and workability of clay made it an excellent choice. However, inferior mechanical properties constrained their functionality and durability. The inclusion of reinforcement particles is a possible route to improve its resistance to mechanical and thermal damage. The Amazonian civilizations incorporated freshwater tree sponge spicules (cauixi) into the clay presumably to prevent shrinkage and crack propagation during drying, firing and cooking. Here we show that isolated siliceous spicules are almost defect-free glass fibres with exceptional mechanical stability. After firing, the spicule Young's modulus increases (from 28 +/- 5 GPa to 46 +/- 8 GPa) inferring a toughness increment. Laboratory-fabricated ceramic models containing different inclusions (sand, glass-fibres, sponge spicules) show that mutually-oriented siliceous spicule inclusions prevent shrinkage and crack propagation leading to high stiffness clays (E = 836 +/- 3 MPa). Pre-colonial amazonian potters were the first civilization known to employ biological materials to generate composite materials with enhanced fracture resistance and high stiffness in the history of mankind. La cerámica fue una forma de arte y tecnología tradicional en las civilizaciones amazónicas precoloniales, ampliamente utilizada para objetos de expresión cultural, utensilios y como recipientes para cocinar. La abundancia y la trabajabilidad de la arcilla la convirtieron en una excelente elección. Sin embargo, las propiedades mecánicas inferiores restringieron su funcionalidad y durabilidad. La inclusión de partículas de refuerzo es una posible ruta para mejorar su resistencia al daño mecánico y térmico. Las civilizaciones amazónicas incorporaron espículas de esponjas de árboles de agua dulce (cauixi) en la arcilla, presumiblemente para evitar la contracción y la propagación de grietas durante el secado, la cocción y la cocción. Aquí mostramos que las espículas silíceas aisladas son fibras de vidrio casi sin defectos con una estabilidad mecánica excepcional. Después de disparar, el módulo de Young de la espícula aumenta (de 28 +/- 5 GPa a 46 +/- 8 GPa) lo que infiere un incremento de dureza. Los modelos cerámicos fabricados en laboratorio que contienen diferentes inclusiones (arena, fibras de vidrio, espículas de esponja) muestran que las inclusiones de espículas silíceas orientadas entre sí evitan la contracción y la propagación de grietas que conducen a arcillas de alta rigidez (E = 836 +/- 3 MPa). Los alfareros amazónicos precoloniales fueron la primera civilización conocida en emplear materiales biológicos para generar materiales compuestos con mayor resistencia a la fractura y alta rigidez en la historia de la humanidad.