Self-montaż, biomimetyczne kompozyty posiadają niezwykłe właściwości elektryczne

„Natura wie jak przejść od małej skali atomowej, na większą skalę”, powiedział Melik Demirel, profesor nauk inżynierii i mechaniki oraz posiadacza Lloyd i Dorothy Foehr Huck Katedrze w materiałach biomimetycznych. „Inżynierowie wykorzystali zasady mieszania w celu zwiększenia właściwości, ale zostały ograniczone do jednej skali. Nigdy nie poszedł w dół do następnego poziomu inżynierii hierarchicznej. Kluczowym wyzwaniem jest to, że istnieją siły pozorne w różnych skalach od cząsteczek luzem. "

Kompozyty, z definicji, składa się z więcej niż jednego składnika. Zasady mieszanina powiedzieć, że choć stosunki jednego składnika do drugiego może się zmieniać, nie ma ograniczeń na fizyczne właściwości kompozytu. Według Demirel, jego zespół złamał tę granicę, przynajmniej w nanoskali.

„Jeśli masz przewodzącą kompozyt polimerowy ilości polimeru i związku metalu są ograniczone przez regułę mieszanin”, powiedział Demirel. „Przepisy regulują wszystko o matrycy i wypełniacza. Wzięliśmy materiałów, biopolimer i atomowo cienki materiał przewodzący, niech organizują przez własny zespół, i złamał regułę mieszanin”.

Materiały zespołu składa biomimetycznymi polimer oparty na białkach z powtórzeniami tandemowymi wytwarzanych przez duplikację genów i inspirowana przez strukturę białka amarnicy zębów pierścienia, i prowadzenie węglik tytanu 2D MXene an tylko kilka cząsteczki grubości warstwy metalu. Ten kompozyt samoorganizuje i pośredniczy polimerowych odległość między warstwami metali. Dzięki zastosowaniu inżynierii genetycznej tandem repeat białka, biopolimeru powtarza konserwowaną sekwencję badacze może kontrolować odstęp między warstwy przewodzące warstw bez zmiany frakcji kompozytowych. Celem badaczy jest stworzenie materiałów samoskładających z niespotykaną kontrolę nad ich właściwości fizycznych korzystających z biologii syntetycznej.

Ponieważ polimer samoorganizuje do usieciowanej sieci, matrycę dla wypełniacza proporcje w drobnych obszarów może złamać zasady mieszaniny i właściwości elektryczne warstw istotnych zmian. Naukowcy sprawozdanie z wyników swojej pracy w ostatnim numerze ACS Nano.

Ten biomimetycznego metalowy kompozyt polimer może być zarówno elastyczna, jak i przewodzący w odpowiednich mieszaninach luzem. W skali mikroskopowej, gdy symetrii strukturalny jest podzielony, przewodność elektryczna zależy od kierunku.

„Co ciekawe jest to, że teraz można dostać w płaszczyźnie przewodność elektryczną, która różni się od przewodności out-of-samolocie”, powiedział Demirel.

Pod warunkiem, że obecny będzie w płaszczyźnie 2D warstw materiału, przewodność jest liniowy, ale gdy obecna jest skierowany w całej warstwy, przewodności się nieliniowy.

„Teraz możemy zrobić urządzenie pamięci masowej”, powiedział Demirel. „Mogliśmy również diody, przełączniki, regulatory i innych urządzeń elektronicznych. Chcemy, aby materiały, które zostały zaprojektowane z myślą o pożądanych właściwościach do budowy nowych funkcjonalności, które są trudne do osiągnięcia lub wcześniej nieosiągalne.”

źródło Penn State. "Self-assembling, biomimetic composites possess unusual electrical properties." ScienceDaily. ScienceDaily, 4 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200604171208.htm>.