A veces, romper las reglas no es algo malo. Especialmente cuando las reglas son leyes aparentes de la naturaleza que se aplican en material a granel, pero aparecen otras fuerzas en la nanoescala.
"La naturaleza sabe cómo pasar de la pequeña escala atómica a escalas más grandes", dijo Melik Demirel, profesor de ingeniería y mecánica y titular de la Cátedra Lloyd y Dorothy Foehr Huck en Materiales Biomiméticos. "Los ingenieros han utilizado reglas de mezcla paramejorar las propiedades, pero se han limitado a una sola escala. Nunca hemos bajado al siguiente nivel de ingeniería jerárquica. El desafío clave es que existen fuerzas aparentes a diferentes escalas desde las moléculas hasta el volumen ".
Los compuestos, por definición, están compuestos de más de un componente. Las reglas de la mezcla dicen que, si bien las proporciones de un componente a otro pueden variar, existe un límite en las propiedades físicas del compuesto. Según Demirel, su equipo tieneroto ese límite, al menos en la nanoescala.
"Si tiene un compuesto de polímero conductor, las cantidades de polímero y compuesto de metal están limitadas por la regla de las mezclas", dijo Demirel. "Las reglas rigen todo sobre la matriz y el relleno. Tomamos materiales, un biopolímero y un átomomaterial conductor delgado: déjelos organizar por autoensamblaje y rompa la regla de las mezclas ".
Los materiales del equipo están compuestos de un polímero biomimético basado en proteínas repetitivas en tándem producidas por duplicación de genes e inspiradas en la estructura de las proteínas de los dientes de anillo de calamar, y en la conducción de carburo de titanio 2D MXene, una capa de metal de solo unas pocas moléculas de espesor.Este compuesto en capas se autoensambla y el polímero media la distancia entre las capas metálicas. Mediante el uso de la ingeniería genética de proteínas de repetición en tándem, un biopolímero que repite una secuencia conservada, los investigadores pueden controlar la distancia entre capas de las capas conductoras sin cambiarlas fracciones compuestas. El objetivo de los investigadores es crear materiales de autoensamblaje con un control sin precedentes sobre sus propiedades físicas utilizando biología sintética.
Debido a que el polímero se autoensambla en una red reticulada, las relaciones de matriz a relleno en áreas pequeñas pueden romper las reglas de la mezcla y las propiedades eléctricas del material en capas cambian. Los investigadores informan los resultados de su trabajo enun número reciente de ACS Nano .
Este compuesto de metal polímero biomimético puede ser tanto flexible como conductor en las mezclas a granel adecuadas. En la escala microscópica, cuando se rompe la simetría estructural, la conductividad eléctrica depende de la dirección.
"Lo que es único es que ahora puede obtener conductividad eléctrica en el plano que difiere de la conductividad fuera del plano", dijo Demirel.
Mientras la corriente vaya a lo largo del plano de las capas de material 2D, la conductividad es lineal, pero si la corriente se dirige a través de las capas, la conductividad se vuelve no lineal.
"Ahora podemos hacer un dispositivo de almacenamiento", dijo Demirel. "También podríamos hacer diodos, interruptores, reguladores y otros dispositivos electrónicos. Queremos hacer materiales diseñados con las propiedades deseadas para construir nuevas funcionalidades, que son difíciles delograr o previamente inalcanzable "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :