抗斷裂且可拉伸仿生蛋白質創造二維分層復合材料

科技日報北京7月25日電 （實習記者張佳欣）據最新一期《美國國家科學院院刊》報道，美國賓夕法尼亞州立大學研究人員利用魷魚環齒上的仿生蛋白質創造了一種復合的層狀二維材料，這種材料具有抗斷裂和很強的彈性。

　　大自然創造出像骨頭、貝殼這樣的分層材料，正是這種多級結構才確保了骨頭具有極高的抗斷裂強度，得以支撐龐大的身體。骨頭中含有無數空隙，然而，隨著生長發育，它對缺陷的敏感度會降低。這意味著即使骨頭已經含有諸多“缺陷”，也依然具有較高的強度。

　　賓夕法尼亞州立大學高級纖維技術中心主任、勞埃德和多羅夕福爾哈克仿生材料主席梅利克·德米雷爾和多蘿西·福爾·哈克表示：“研究人員很少報告骨頭和貝殼的這種界面特性，因為它很難通過實驗進行測量。”

　　以此為靈感，新開發的復合二維材料是由像石墨烯或MXene（通常是過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物）這樣的原子層厚的硬材料組成的，這些材料之間被一層東西黏合并隔開。雖然大塊石墨烯或MXene具有塊體性能，但二維復合材料的強度來自界面性質。

　　德米雷爾介紹說，他們使用的是一種界面材料，可通過重復序列加以修改，從而能夠微調性質，讓它變得靈活而強大。此外，這種材料還具有獨特的熱傳導性質。

　　“這種材料很適合做跑鞋的鞋墊。”德米雷爾說，“它可以給腳部降溫，反復彎曲也不會把鞋墊弄壞。”這些二維復合材料還可用于柔性電路板、可穿戴設備和其他需要強度和靈活性的設備。

　　根據德米雷爾的說法，傳統的連續介質理論無法解釋為什么這些材料既堅固又靈活，但模擬表明，界面很重要。當組成界面的材料比例較高時，當材料受到壓力時，界面會發生局部斷裂，但作為整體的材料不會斷裂。