自组装仿生复合材料具有异常电性能
【自组装仿生复合材料具有异常电性能】有时候，违反规则并不是一件坏事 。特别是当规则是明显的自然法则，适用于大块材料，但其他力量出现在纳米尺度 。
工程科学和力学教授梅利克·德米雷尔(Melik Demirel)说:“大自然知道如何从原子的小尺度发展到更大的尺度 。工程师们使用混合规则来提高性能，但仅限于单一尺度 。”
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仿生复合材料是通过拓扑相互作用产生的，从而扩大了物理性质（例如电导率）的范围 。图片提供：宾夕法尼亚州立大学Mert Vural
研究背景根据定义，复合组件由多个组件组成 。混合规则表明，尽管一种组分与另一种组分的比例可能不同，但复合材料的物理性质是有限制的 。据德米雷尔说，他的团队已经突破了这个极限，至少在纳米尺度上是这样 。
“如果你有一种导电聚合物复合材料，聚合物和金属化合物的数量受到混合物规则的限制，”德米雷尔说 。这些规则支配着矩阵和填充词的一切 。我们利用生物聚合物和原子厚度的导电材料，让它们自行组装，打破了混合物的规则 。”
新材料与众不同该团队的材料由一种仿生聚合物组成，这种聚合物基于由基因复制产生的串联重复蛋白质，灵感来自鱿鱼环齿蛋白质的结构，以及导电碳化钛2-D MXene，一种只有几个分子厚的金属层 。
这种层状复合材料可以自我组装，聚合物可以调节金属层之间的距离 。通过使用串联重复蛋白质的基因工程——一种重复保守序列的生物聚合物——研究人员可以在不改变复合成分的情况下控制导电层的层间距离 。
研究人员的目标是利用合成生物学创造出能够前所未有地控制其物理特性的自我组装材料 。
由于聚合物自组装成一个交联网络，微小区域的基质与填充材料的比例会打破混合规则，层状材料的电学特性也会发生变化 。研究人员在最近一期的ACS Nano上报告了他们的工作结果 。
新材料意义这种仿生高分子金属复合材料在适当的体积混合物中既可弯曲又可导电 。在微观尺度上，当结构对称性被打破时，电导率取决于方向 。
只要电流是沿着二维材料层的平面运动，电导率就是线性的，但是如果电流是直接穿过材料层，电导率就会变成非线性的 。
德米雷尔说:“现在我们可以制造一种存储设备 。我们还可以制造二极管、开关、稳压器和其他电子设备 。我们想要制造的材料具有设计所需的性能，用于建立新的功能，这是很难实现的，或以前无法实现的 。”
文章来源：phys.org
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