ฟันปลาหมึกเป็นแรงบันดาลใจให้กับวัสดุชั้น 2 มิติที่ยืดได้

ฟันปลาหมึกเป็นแรงบันดาลใจให้กับวัสดุชั้น 2 มิติที่ยืดได้

วัสดุชั้นธรรมชาติ เช่น กระดูกและหอยมุกมีหน้าที่หลายอย่าง นอกเหนือจากการช่วยให้สิ่งมีชีวิตปกป้องและป้องกันตัวเองแล้ว บางชนิด เช่น เปลือกของสัตว์ทะเล ยังสามารถแยกคาร์บอนโดยการรวมโปรตีนและสารประกอบอนินทรีย์เข้าด้วยกัน นักวิจัยจาก Pennsylvania State University ในสหรัฐอเมริกาได้ออกแบบวัสดุคอมโพสิตเหล่านี้ในรูปแบบเทียมโดยได้รับแรงบันดาลใจจากฟันวงแหวนของปลาหมึก โครงสร้างใหม่นี้มีความแข็งแรงและยืดหยุ่นสูง และอาจนำไปใช้กับงานต่างๆ เช่น หุ่นยนต์และ

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นได้ รวมทั้งในการกักเก็บคาร์บอน

เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ละลายในทะเล มันจะก่อตัวเป็นคาร์บอเนตไอออนที่สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่เรียกว่าค็อกโคลิธสามารถดูดกลืนเข้าไปได้ สัตว์ขนาดเล็กเหล่านี้สร้างเปลือกหรือโครงกระดูกภายนอกทีละชั้นโดยเปลี่ยนคาร์บอเนตเป็นแร่ธาตุ เช่น แคลไซต์หรืออาราโกไนต์ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาดำเนินกระบวนการเปลี่ยนแคลไซต์เร็วกว่ากลไกทางเคมีล้วน ๆ ถึง 1,000 เท่า (ซึ่งโดยปกติจะใช้เวลา 10,000 ปี) หัวหน้าการศึกษาMelik Demirelอธิบายว่าพวกมันสามารถใช้เพื่อแยกคาร์บอนจากการปล่อย CO 2 ที่เกิดจากมนุษย์

การแก้ไขลำดับการทำซ้ำ

แบบจำลองของวัสดุผสมหลายชั้นเหล่านี้มักจะประกอบด้วยชั้นหนาระดับอะตอมของวัสดุแข็ง เช่น กราฟีนหรือหนึ่งใน MXenes (โดยปกติจะเป็นคาร์ไบด์โลหะทรานซิชัน ไนไตรด์ หรือคาร์บอนไนไตรด์) คั่นด้วยชั้นของวัสดุยึดเกาะ ความแข็งแรงของวัสดุผสมเหล่านี้เกิดจากคุณสมบัติของชั้นส่วนต่อประสาน และสิ่งเหล่านี้สามารถแก้ไขได้โดยการทำซ้ำตามลำดับ ด้วยวิธีนี้ทำให้วัสดุมีความยืดหยุ่นและแข็งแรงในเวลาเดียวกัน

ในการทำงานของพวกเขา เดมิเรลและเพื่อนร่วมงานได้ศึกษาคุณสมบัติเชิงกลของชั้นอนินทรีย์ที่บางระดับอะตอมที่เชื่อมต่อกับโปรตีนที่เรียกว่าตีคู่ซ้ำ โดยควบคุมน้ำหนักโมเลกุลของชั้นหลังอย่างระมัดระวัง นักวิจัยอธิบายว่าโปรตีนเหล่านี้ซึ่งรู้จักกันในชื่อ squitex เนื่องจากได้รับแรงบันดาลใจจากโครงสร้างของฟันปลาหมึก ยึดติดกับแผ่นอนินทรีย์ผ่านโครงสร้างทุติยภูมิเบต้าและอัลฟาเฮลิกส์ กลไกนี้มีความสำคัญเนื่องจากทำให้วัสดุมีระดับความยืดหยุ่นและความเหนียวที่ดี

นักวิจัยพบว่าคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุไม่สามารถอธิบายได้ด้วย

แบบจำลองที่มีอยู่ซึ่งเรียกว่าทฤษฎีความต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม การจำลองของพวกเขาเผยให้เห็นว่าส่วนต่อประสานมีความสำคัญ: เมื่อวัสดุมีสารประกอบส่วนต่อประสานในปริมาณที่มากขึ้น มันจะแตกเมื่อวัสดุอยู่ภายใต้ความเครียด แต่วัสดุโดยรวมไม่แตกหัก เดมิเรลอธิบาย “แม้ว่าเราจะคาดหวังว่ามันจะเข้ากันได้ แต่มันก็ยืดได้มากเช่นกัน” เขากล่าว “การค้นพบนี้เปิดมุมมองเกี่ยวกับกลไกความล้มเหลวของคอมโพสิตที่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติระหว่างผิวหน้ามากกว่าคุณสมบัติจำนวนมาก”

“การควบคุมความแข็งแรงของพื้นผิวทำให้เกิดกฎการออกแบบใหม่สำหรับวัสดุผสมที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติในที่สุด” เขากล่าวกับPhysics World “แม้ว่าแผ่นนาโนอนินทรีย์เปลือยเปล่าจะเปราะ แต่เราได้ออกแบบคอมโพสิตที่ยืดหยุ่นด้วยโปรตีนที่ทนทานต่อข้อบกพร่องในระดับความยาวโครงสร้างที่สำคัญ (ประมาณ 2 นาโนเมตร)”

ด้วยฟังก์ชันเพิ่มเติม เช่น การนำไฟฟ้าและความร้อน นักวิจัยกล่าวว่าวัสดุใหม่ที่ทนทานสามารถใช้งานกับแผงวงจรไฟฟ้าแบบยืดหยุ่น อุปกรณ์สวมใส่ หรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่ต้องการทั้งความแข็งแรงและความยืดหยุ่น ทีมงานของ Penn State ซึ่งรายงานการทำงานในPNASกำลังทำงานเพื่อปรับขนาดคอมโพสิตสำหรับการใช้งานที่เป็นไปได้ในการแยกคาร์บอน “เราวางแผนที่จะตั้งเป้าหมายในการอายัด Gigaton ในอีก 30 ปีข้างหน้า” Demirel เผย

แนะนำ : รีวิวซีรี่ย์เกาหลี | ลายสัก | รีวิวร้านอาหาร | โทรศัพท์มือถือ ราคาถูก | เรื่องย่อหนัง