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

dc.contributorfilipe.natalio@chemie.uni-halle.de; tremel@uni-mainz.de
dc.contributorDFG [SPP 1420]; Forschungsschwerpunkt Nano-strukturierte Materialien (NWG IV: Bioanorganische Chemie) Ministerium fur Wissenschaft und Wirtschaft des Landes Sachsen-Anhalt; Boehringer Ingelheim (Ingelheim, Germany); DAAD-Becas Chile scholarship; CONICYT program PAI [7912010015]; COMATT; [SFB 625]
dc.contributorTremel, Wolfgang https://orcid.org/0000-0002-4536-994X
dc.contributorButt, Hans-Jürgen https://orcid.org/0000-0001-5391-2618
dc.contributorLima, Helena Pinto https://orcid.org/0000-0001-5787-7231
dc.contributorzaslansky, paul https://orcid.org/0000-0002-8714-4992
dc.contributorCorrales, Tomas P. https://orcid.org/0000-0003-0197-9735
dc.contributorNatalio, Filipe https://orcid.org/0000-0002-4166-6947
dc.creatorNatalio, Filipe
dc.creatorCorrales, Tomas P.
dc.creatorWanka, Stephanie
dc.creatorZaslansky, Paul
dc.creatorKappl, Michael
dc.creatorLima, Helena Pinto
dc.creatorButt, Hans-Juergen
dc.creatorTremel, Wolfgang
dc.date2023-04-18T01:55:13Z
dc.date2023-04-18T01:55:13Z
dc.date2015
dc.date.accessioned2023-09-27T20:20:50Z
dc.date.available2023-09-27T20:20:50Z
dc.identifier2045-2322
dc.identifierhttps://repositorio.uta.cl/xmlui/handle/20.500.14396/2750
dc.identifier10.1038/srep13303
dc.identifierCP8MK
dc.identifier26310998
dc.identifierWOS:000360147800001
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/8943734
dc.descriptionPottery 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.
dc.descriptionLa 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.
dc.formatapplication/pdf
dc.format9 páginas
dc.languageEnglish
dc.publisherNATURE PUBLISHING GROUP
dc.relationScientific Reports, vol.5 (2015)
dc.relationhttps://doi.org/10.1038/srep13303
dc.rightsgold, Green Published
dc.rightsAcceso abierto
dc.sourceScientific Reports
dc.subjectSponge Biosilica
dc.subjectSkeletons
dc.subjectMinerals
dc.subjectStrength
dc.subjectProtein
dc.subjectPottery
dc.subjectDesign
dc.subjectFiber
dc.subjectBiosílice Esponjosa
dc.subjectEsqueletos
dc.subjectMinerales
dc.subjectResistencia
dc.subjectProteínas
dc.subjectCerámica
dc.subjectDiseño
dc.subjectFibra
dc.titleSiliceous spicules enhance fracture-resistance and stiffness of pre-colonial Amazonian ceramics
dc.titleLas espículas silíceas mejoran la resistencia a la fractura y la rigidez de las cerámicas amazónicas precoloniales
dc.typeArtículo de revista


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