Bläckfiskinspirerade proteiner kan fungera som programmerbara sammansättare av 2D-material, som grafenoxid, för att bilda hybridmaterial med minsta avstånd mellan skikten lämpliga för högeffektiva enheter inklusive flexibel elektronik, energilagringssystem och mekaniska ställdon, enligt ett tvärvetenskapligt team av forskare från Penn State.

"2D -skiktade material kan tillverkas genom vakuum (kemisk ånga), "sa Melik C. Demirel, Pierce Development Professor och professor i ingenjörsvetenskap och mekanik. "Men processen är dyr och tar lång tid. Med kemisk ångavsättning är problemet också att vi inte kan skala upp."

Material som grafenoxid består av enstaka lager av molekyler som är anslutna till en slätt. Även om längden och bredden på arket kan vara vad som helst, höjden är bara den för en molekyl. För att göra användbara kompositer och enheter, 2D -material måste staplas antingen i högar med identiska ark eller kombinationer av ark av olika sammansättning staplade enligt specifikationer. Tillsammans med Mauricio Terrones, professor i fysik, kemi och materialvetenskap och teknik, och chef för 2D Atomic Center, Penn State, Demirel och hans team tittar för närvarande på att stapla ark av identiska material med hjälp av en lösningsmedelsmetod som monteras själv.

"Med hjälp av lösningsmedelsmetoden är molekylerna självmonterande, självläkande och flexibel, "sa Demirel." För närvarande staplar vi identiska lager, men de behöver inte vara desamma. "

För att göra dessa molekylära kompositer med hjälp av lösningsmedelsteknik, forskarna kombinerade arken av grafenoxid med syntetiska polymerer mönstrade efter proteiner som finns i bläckfiskringtänder. Ena änden av proteinsträngen fäster vid kanten av ett grafenoxidark och den andra änden fäster vid kanten av ett annat grafendioxidark. Arken av grafenoxid monteras själv för att staplas upp med proteiner som länkar arkens kanter. Längden på dessa tandemupprepningsproteiner - deras molekylvikt - bestämmer avståndet mellan ark.

"Ända tills nu, ingen har kunnat stapla sammansatta lager närmare än 1 nanometer, "sa Demirel." Vi kan stapla dem med atomistisk precision med 0,4, 0,6 eller 0,9 nanometer upplösning genom att välja rätt molekylvikt för samma protein. Respektive."

Forskarna testade materialets förmåga att göra små enheter genom att skapa bimorfa termiska ställdon. En bimorf aktivator är en liten bit material gjord av två olika lager och placerad vinkelrätt mot en yta. När den är aktiverad, vanligtvis med en elektrisk ström, bimorfaktuatorn böjer sig från vinkelrätt.

Forskarna rapporterar i juli -numret av Kol att "dessa nya molekylära sammansatta bimorfa ställdon kan underlätta termisk aktivering vid spänningar så låga som cirka 2 volt, och de skryter med energieffektivitet 18 gånger bättre än vanliga bimorfa ställdon monterade med hjälp av bulk -grafenoxid och upprepade tandemfilmer. "De tror att proteiner med högre molekylvikt kan nå mycket högre förskjutningar.