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科學(xué)家研發(fā)出迄今最硬有機(jī)合成材料
2011/2/16 16:05:41 來源:中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究網(wǎng) 【字體:大 中 小】【收藏本頁】【打印】【關(guān)閉】
核心提示:科學(xué)家研發(fā)出迄今最硬有機(jī)合成材料有機(jī)納米結(jié)構(gòu)是納米技術(shù)的關(guān)鍵要素,因?yàn)檫@些基本材料制成的化合物可具有量身定制的化學(xué)性質(zhì)。其缺點(diǎn)是力學(xué)性能迄今為止仍顯著低于金屬納米結(jié)構(gòu)。
伊胡·伽吉特(EhudGazit),伊泰·柔索(ItayRousso)以及一個(gè)小組,他們來自特拉維夫大學(xué)(TelAvivUniversity)、威茲曼科學(xué)學(xué)院(WeizmannInstituteofScience)以及以色列內(nèi)蓋夫(Negev)的本·賈瑞安大學(xué)(Ben-GurionUniversity),他們介紹的有機(jī)納米球堅(jiān)硬得像金屬。科學(xué)家在德國《應(yīng)用化學(xué)》(AngewandteChemie)雜志上報(bào)告說,它們是一些令人感興趣的成分,可制成超硬度的生物合成材料。
納米尺度的生物結(jié)構(gòu)常常具有獨(dú)特的機(jī)械性能;例如,同等重量的蜘蛛絲強(qiáng)度是鋼的25倍。迄今所知最硬的有機(jī)合成材料是聚芳香酰胺(aramids),例如凱夫拉纖維(Kevlar)。其秘密是其芳香環(huán)(aromaticring)系統(tǒng)的一種特殊的空間布局,及其平面酰胺鍵(amidebond)之間相互作用的網(wǎng)絡(luò)。新納米球是基于一種類似的構(gòu)成原理。然而,不像大型聚合物鏈(polymericchains),它們形成于一種自組織過程,產(chǎn)生于非常簡單的分子,是基于芳香二肽(aromaticdipeptides)苯丙胺酸(aminoacidphenylalanine)。
采用原子力顯微鏡,科學(xué)家檢測了納米球的力學(xué)性能。該裝置采用一個(gè)納米針尖(懸臂),這是一個(gè)微小的彈性桿臂,末端有非常尖銳的針尖。當(dāng)針尖刺向一個(gè)樣品時(shí),懸桿的偏轉(zhuǎn)角度就可以表明,針尖是否可以刺進(jìn)樣品對(duì)象,能刺入多少。金屬針不會(huì)對(duì)納米球產(chǎn)生任何影響;只有鉆石制成的針才能產(chǎn)生影響。研究者們利用這些測量來計(jì)算納米球的彈性模量(楊氏模數(shù):Young’smodulus)。這個(gè)值是測量一種材料的硬度。值越大,就越抵抗材料變形。利用高分辨率的掃描電子顯微鏡,其中配備納米機(jī)械手(nanomanipulator),就能夠直接觀察納米球的變形。
對(duì)該納米球,小組測量到非常高的彈性模量(275Gpa),高過許多金屬,類似于鋼的測量值。這使得這些納米球成為到目前為止最硬的有機(jī)分子;他們甚至可能超過聚芳香酰胺。除擁有優(yōu)秀的力學(xué)性能之外,這種納米球也是透明的。這使它們成為理想的材料,可用于強(qiáng)化超強(qiáng)生物合成材料,如增強(qiáng)塑料植入體或材料,這些材料可用于牙復(fù)位、航空航天,以及其他應(yīng)用,這些都需要廉價(jià)、輕質(zhì)的材料,而且要具有高剛度和不尋常的穩(wěn)定性。
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