仿生蛋白质创造二维分层复合材料

2022-07-26 13:26:45 来源:网络

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大自然创造出像骨头、贝壳这样的分层材料,正是这种多级结构才确保了骨头具有极高的抗断裂强度,得以支撑庞大的身体。骨头中含有无数空隙,然而,随着生长发育,它对缺陷的敏感度会降低。这意味着即使骨头已经含有诸多“缺陷”,也依然具有较高的强度。

宾夕法尼亚州立大学高级纤维技术中心主任、劳埃德和多罗夕福尔哈克仿生材料主席梅利克·德米雷尔和多萝西·福尔·哈克表示:“研究人员很少报告骨头和贝壳的这种界面特性,因为它很难通过实验进行测量。”

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以此为灵感,新开发的复合二维材料是由像石墨烯或MXene(通常是过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物)这样的原子层厚的硬材料组成的,这些材料之间被一层东西黏合并隔开。虽然大块石墨烯或MXene具有块体性能,但二维复合材料的强度来自界面性质。

德米雷尔介绍说,他们使用的是一种界面材料,可通过重复序列加以修改,从而能够微调性质,让它变得灵活而强大。此外,这种材料还具有独特的热传导性质。

“这种材料很适合做跑鞋的鞋垫。”德米雷尔说,“它可以给脚部降温,反复弯曲也不会把鞋垫弄坏。”这些二维复合材料还可用于柔性电路板、可穿戴设备和其他需要强度和灵活性的设备。

根据德米雷尔的说法,传统的连续介质理论无法解释为什么这些材料既坚固又灵活,但模拟表明,界面很重要。当组成界面的材料比例较高时,当材料受到压力时,界面会发生局部断裂,但作为整体的材料不会断裂。

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