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麻省理工新造纳米材料比钢铁更强

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纳米材料分子示意图。

麻省理工学院的研究人员造出一种加入水能自行组合成纳米带的材料。这种材料借鉴了杜邦(DuPont)公司以前研制的凯芙拉(Kevlar)复合材料那样有序、紧致的结构,生成的纳米带材料强度比钢铁更高。

大部分人造物质都是通过工艺加工、按照设计把逐个部件组装在一起,而自然界中很多产物都是分子自己按照某种看不见的规划、也无需外力作用、自行有序地组合产生。例如从DNA材料自行盘绕组合成精密的双螺旋结构、到大量生物分子自行排列生成细胞外膜等等,自行组合的方式在自然界几乎无处不在。

在过去二十多年来,科学家注意到了这个特性,不断研究制造具有自我组合特性的人造物品。目前为止主要设计出一些可以在有水的环境内自我组合的分子材料,用于生物化学领域,比如药品递送或培育生物软体组织等。“这些基于小分子的材料降解很快,”MIT材料和工程学助理教授奥托尼(Julia Ortony)说,“而且它们的化学结构不稳定。一旦失去水分,特别是再遇到外力的情况下,这些结构很快就解体。”

现在奥托尼和同事发明的这种新材料,不仅自我组合形成强度很高的材料,而且在离开水分的环境也能维持自身的结构。

这种材料有三层,最外层具有亲水性,意即这些分子喜欢有水的环境;中间层是像凯芙拉那样的紧致的结构提供结构强度;内层材料具有疏水特性,意即它们尽量避免与水靠近。奥托尼说,这样的结构分布“提供了自我组合的动力,这些分子自动调整自己的朝向,减少疏水层与水的接触,形成一种特定的纳米结构。”

奥托尼介绍说,中间层凯芙拉那样的紧致结构提供了支撑,使得这个结构在失去水的情况下,不会像其它同类材料那样快速解体。他们发现造出的纳米带结构强度超出他们的预料:竟然比钢铁更强。

这个研究组还想看看这些纳米带可否组合造出宏观材料,他们将这些纳米带并列排在一起并拉直晾干。结果发现,这些线状材料可以支撑重达自身200倍的重量,而且表面积极小——每200平方米只有一公克的重量。

研究组成员克里斯托夫・坦佩斯塔(Ty Christoff-Tempesta)说:“这样高的表面积质量之比,使得这种材料用量很少就起到更多的化学作用。”

利用此特性,研究人员开发了纳米带材料外面加上特定的分子涂层,用于从被污染的水中拉出铅或砷等重金属。其它应用包括把这种材料捆绑成束用在电子设备和电池内。

这份研究1月21日发表在《自然・纳米技术》(Nature Nanotechnology)期刊上。◇

责任编辑: 夏雨荷   来源:大纪元 转载请注明作者、出处並保持完整。

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