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科學家研發(fā)出迄今最硬有機合成材料
2011/2/16 16:05:41 來源:中國產業(yè)發(fā)展研究網 【字體:大 中 小】【收藏本頁】【打印】【關閉】
核心提示:科學家研發(fā)出迄今最硬有機合成材料有機納米結構是納米技術的關鍵要素,因為這些基本材料制成的化合物可具有量身定制的化學性質。其缺點是力學性能迄今為止仍顯著低于金屬納米結構。
伊胡·伽吉特(EhudGazit),伊泰·柔索(ItayRousso)以及一個小組,他們來自特拉維夫大學(TelAvivUniversity)、威茲曼科學學院(WeizmannInstituteofScience)以及以色列內蓋夫(Negev)的本·賈瑞安大學(Ben-GurionUniversity),他們介紹的有機納米球堅硬得像金屬。科學家在德國《應用化學》(AngewandteChemie)雜志上報告說,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。
納米尺度的生物結構常常具有獨特的機械性能;例如,同等重量的蜘蛛絲強度是鋼的25倍。迄今所知最硬的有機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)之間相互作用的網絡。新納米球是基于一種類似的構成原理。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,科學家檢測了納米球的力學性能。該裝置采用一個納米針尖(懸臂),這是一個微小的彈性桿臂,末端有非常尖銳的針尖。當針尖刺向一個樣品時,懸桿的偏轉角度就可以表明,針尖是否可以刺進樣品對象,能刺入多少。金屬針不會對納米球產生任何影響;只有鉆石制成的針才能產生影響。研究者們利用這些測量來計算納米球的彈性模量(楊氏模數:Young’smodulus)。這個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,其中配備納米機械手(nanomanipulator),就能夠直接觀察納米球的變形。
對該納米球,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分子;他們甚至可能超過聚芳香酰胺。除擁有優(yōu)秀的力學性能之外,這種納米球也是透明的。這使它們成為理想的材料,可用于強化超強生物合成材料,如增強塑料植入體或材料,這些材料可用于牙復位、航空航天,以及其他應用,這些都需要廉價、輕質的材料,而且要具有高剛度和不尋常的穩(wěn)定性。
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