麻省理工新造納米材料比鋼鐵更強

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【新唐人北京時間2021年02月16日訊】麻省理工學院的研究人員造出一種加入水能自行組合成納米帶的材料。這種材料借鑒了杜邦(DuPont)公司以前研製的凱芙拉(Kevlar )復合材料那樣有序、緊致的結構,生成的納米帶材料強度比鋼鐵更高。

大部分人造物質都是通過工藝加工、按照設計把逐個部件組裝在一起,而自然界中很多產物都是分子自己按照某種看不見的規劃、也無需外力作用、自行有序地組合產生。例如從DNA材料自行盤繞組合成精密的雙螺旋結構、到大量生物分子自行排列生成細胞外膜等等,自行組合的方式在自然界幾乎無處不在。

在過去二十多年來,科學家注意到了這個特性,不斷研究製造具有自我組合特性的人造物品。目前為止主要設計出一些可以在有水的環境內自我組合的分子材料,用於生物化學領域,比如藥品遞送或培育生物軟體組織等。「這些基於小分子的材料降解很快,」MIT材料和工程學助理教授奧托尼(Julia Ortony)說,「而且它們的化學結構不穩定。一旦失去水分,特別是再遇到外力的情況下,這些結構很快就解體。」

現在奧托尼和同事發明的這種新材料,不僅自我組合形成強度很高的材料,而且在離開水分的環境也能維持自身的結構。

這種材料有三層,最外層具有親水性,意即這些分子喜歡有水的環境;中間層是像凱芙拉那樣的緊致的結構提供結構強度;內層材料具有疏水特性,意即它們儘量避免與水靠近。奧托尼說,這樣的結構分布「提供了自我組合的動力,這些分子自動調整自己的朝向,減少疏水層與水的接觸,形成一種特定的納米結構。」

奧托尼介紹說,中間層凱芙拉那樣的緊致結構提供了支撐,使得這個結構在失去水的情況下,不會像其它同類材料那樣快速解體。他們發現造出的納米帶結構強度超出他們的預料:竟然比鋼鐵更強。

這個研究組還想看看這些納米帶可否組合造出宏觀材料,他們將這些納米帶並列排在一起並拉直晾乾。結果發現,這些線狀材料可以支撐重達自身200倍的重量,而且表面積極小——每200平方米只有一公克的重量。

研究組成員克里斯托夫・坦佩斯塔(Ty Christoff-Tempesta)說:「這樣高的表面積質量之比,使得這種材料用量很少就起到更多的化學作用。」

利用此特性,研究人員開發了納米帶材料外面加上特定的分子塗層,用於從被污染的水中拉出鉛或砷等重金屬。其它應用包括把這種材料捆綁成束用在電子設備和電池內。

這份研究1月21日發表在《自然・納米技術》(Nature Nanotechnology)期刊上。

(轉自大紀元/責任編輯:葉萍)

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