以色列科学家研发出迄今最硬有机合成材料

中国教育装备采购网2013-08-28 16:30围观100次我要分享

  以色列科学家研发出迄今最硬有机合成材料

  有机纳米结构是纳米技术的关键要素,因为这些基本材料制成的化合物可具有量身定制的化学性质。其缺点是力学性能迄今为止仍显著低于金属纳米结构。

  芳香族氨基酸制成的新型有机纳米球像金属一样坚硬

  伊胡·伽吉特(Ehud Gazit),伊泰·柔索(Itay Rousso)以及一个小组,他们来自特拉维夫大学(Tel Aviv University)、威兹曼科学学院(Weizmann Institute of Science)以及以色列内盖夫(Negev)的本·贾瑞安大学(Ben-Gurion University),他们介绍的有机纳米球坚硬得像金属。科学家在德国《应用化学》(Angewandte Chemie)杂志上报告说,它们是一些令人感兴趣的成分,可制成超硬度的生物合成材料。

  纳米尺度的生物结构常常具有独特的机械性能;例如,同等重量的蜘蛛丝强度是钢的25倍。迄今所知最硬的有机合成材料是聚芳香酰胺(aramids),例如凯夫拉纤维(Kevlar)。其秘密是其芳香环(aromatic ring)系统的一种特殊的空间布局,及其平面酰胺键(amide bond)之间相互作用的网络。新纳米球是基于一种类似的构成原理。然而,不像大型聚合物链(polymeric chains),它们形成于一种自组织过程,产生于非常简单的分子,是基于芳香二肽(aromatic dipeptides)苯丙胺酸(amino acid phenylalanine)。

  采用原子力显微镜,科学家检测了纳米球的力学性能。该装置采用一个纳米针尖(悬臂),这是一个微小的弹性杆臂,末端有非常尖锐的针尖。当针尖刺向一个样品时,悬杆的偏转角度就可以表明,针尖是否可以刺进样品对象,能刺入多少。金属针不会对纳米球产生任何影响;只有钻石制成的针才能产生影响。研究者们利用这些测量来计算纳米球的弹性模量(杨氏模数:Young’s modulus)。这个值是测量一种材料的硬度。值越大,就越抵抗材料变形。利用高分辨率的扫描电子显微镜,其中配备纳米机械手(nanomanipulator),就能够直接观察纳米球的变形。

  对该纳米球,小组测量到非常高的弹性模量(275 Gpa),高过许多金属,类似于钢的测量值。这使得这些纳米球成为到目前为止最硬的有机分子;他们甚至可能超过聚芳香酰胺。除拥有优秀的力学性能之外,这种纳米球也是透明的。这使它们成为理想的材料,可用于强化超强生物合成材料,如增强塑料植入体或材料,这些材料可用于牙复位、航空航天,以及其他应用,这些都需要廉价、轻质的材料,而且要具有高刚度和不寻常的稳定性。

 

来源:上海谷研实业有限公司作者:上海谷研实业有限公司

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