Auto-montagem, compósitos biomiméticos possuem propriedades elétricas incomuns

"A natureza sabe como ir a partir da escala pequena, atômica para escalas maiores", disse Melik Demirel, professor de ciência da engenharia e mecânica e titular da Lloyd e Dorothy Foehr Huck Presidente em Materiais biomiméticos. "Os engenheiros têm usado misturando regras para melhorar as propriedades, mas foram limitados a uma única escala. Nós nunca fui para baixo para o próximo nível de engenharia hierárquica. O principal desafio é que existem forças aparentes em diferentes escalas de moléculas a granel. "

Composites, por definição, são compostas de mais de um componente. regras mistura dizer que, enquanto as proporções de um componente para outro pode variar, há um limite sobre as propriedades físicas do compósito. De acordo com Demirel, sua equipe quebrou esse limite, pelo menos em nanoescala.

"Se tiver um compósito polímero condutor as quantidades de polímero e composto de metal são limitados pela norma regulamentar das misturas," disse Demirel. "As regras regem tudo sobre a matriz e enchimento. Levamos materiais, um biopolímero e um material condutor atomicamente fina, deixá-los organizar por auto montagem, e quebrou a regra de misturas."

materiais da equipe são compostas de um polímero biomimico com base em proteínas de repetição em tandem produzidos por duplicação de genes e inspirados na estrutura de proteínas de dentes no anel de lula, e a realização de carboneto de titânio 2D MXene, uma camada de metal apenas algumas moléculas de espessura. Este camadas auto-monta compósitos e os polímeros medeia a distância entre as camadas metálicas. Ao utilizar a engenharia genética de proteínas de repetição conjugadas, um biopolímero que se repete de uma sequência conservada, os investigadores podem controlar a distância inter-camada de camadas condutoras, sem alterar as fracções mistas. O objetivo dos pesquisadores é criar materiais de auto-montagem com controle sem precedentes sobre suas propriedades físicas usando a biologia sintética.

Porque o polímero auto-monta para uma rede reticulada, os rácios de matriz-para-agente de enchimento em áreas pequenas podem quebrar as regras da mistura, e as propriedades eléctricas do material de camadas alterações. Os pesquisadores relatam os resultados de seu trabalho em uma edição recente da ACS Nano.

Este compósito de metal polímero biomimética tanto pode ser flexível e condutor nas misturas a granel apropriados. Na escala microscópica, quando a simetria estrutural é quebrado, condutividade eléctrica depende da direcção.

"O que é único é que agora você pode obter no plano condutividade elétrica que difere da condutividade out-of-plane", disse Demirel.

Contanto que a corrente que vai ao longo do plano das camadas de material em 2D, a condutividade é linear, mas, se a corrente é dirigido através das camadas, a condutividade torna-se não linear.

"Agora nós podemos fazer um dispositivo de armazenamento", disse Demirel. "Também poderia fazer diodos, interruptores, reguladores e outros dispositivos eletrônicos. Queremos fazer materiais que são projetados com propriedades desejadas para a construção de novas funcionalidades, que são difíceis de alcançar ou anteriormente inatingíveis."

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