生物世界中获取灵感设计下一代结构材料欧洲杯足球竞彩

从穿山甲可以站起来很难达到丰富而坚固的孔雀羽毛,自然可以用几个简单的分子做很多。

新的审查报告,一个国际研究小组已经制定了工程师正在从生物世界——灵感;和设计新型的材料可能更严厉,更多功能和更可持续的比人类自己。欧洲杯足球竞彩

即使在今天,自然使事情更简单和方式比我们能做聪明的综合实验室,”Dhriti说尼泊尔、第一作者和研究材料工程师空军研究实验室在俄亥俄州。欧洲杯足球竞彩

尼泊尔和弗拉基米尔·亨德里克•海因茨Tsukruk从乔治亚理工学院和大学的科罗拉多博尔德担任共同通讯作者对新的分析。团队发现11月28日发表在《华尔街日报》自然材料欧洲杯足球竞彩

研究人员,来自三个国家,深入研究背后的承诺和挑战“bioinspired纳米复合材料”。These materials mix together different kinds of proteins and other molecules at incredibly small scales to achieve properties that may not be possible with traditional metals or plastics. Researchers often design them using advanced computer simulations or models. Examples include thin films that resist wear and tear by incorporating proteins from silkworm cocoons; new kinds of laminates made from polymers and clay materials; carbon fibers produced using bioinspired principles; and panes of glass that don't easily crack because they include nacre-;the iridescent lining inside many mollusk shells.

这样的自然材料,一天,导致新的更好的太阳能欧洲杯足球竞彩电池板,甚至软机器人和涂料超音速飞机,海因茨说,铜的化学和生物工程教授博尔德。但首先,研究人员将需要学习如何构建他们从下到上,确保每一个分子都是在正确的地方。

在这一领域的主要挑战之一是如何构造这些材料在原子层面上,欧洲杯足球竞彩”海因茨说。”我们需要知道大自然它我们可以试试在实验室从计算模型和使用指导。”

神奇的角蛋白

在新的研究中,尼泊尔,Tsukruk,海因茨和他们的同事仔细观察角蛋白,自然界最适应的基石之一。

这些简单的蛋白质,通常形成扭曲螺旋形状像DNA一样,可以以不同的方式连接在一起,使一个巨大的各种各样的结构——;从人类的指甲和头发豪猪,犀牛角和穿山甲的重叠的鳞片。

角蛋白无处不在,我们根本没有开始欣赏其效用,”尼泊尔说。

这是一个自然的秘密,她补充道:生物材料可以表现出一系列复杂的架构在许多水平;工程师所说的“分层”工程。欧洲杯足球竞彩一些结构是大到足以用肉眼看到的,而另一些则因此小人员需要强大的显微镜来研究它们。

穿山甲的角蛋白,例如,在一个波浪模式使天平难以破解。孔雀羽毛,与此同时,由黑色素角质棒嵌在一个矩阵,它允许这些装饰丰富多彩和僵硬的同时——;完美想传播他们的尾部羽毛的孔雀。

我们可以学习的最大一件事自然是这些材料表现出多种功能,如何一起工作在完美的协同作用欧洲杯足球竞彩,”尼泊尔说。

从Ato女士了

在实验室里制造高级合成材料具有多种功能,然而,也会很欧洲杯足球竞彩棘手。

当前大多数人造材料简单,单组分材料简单统一的形态和成分欧洲杯足球竞彩”,Tsukruk说。“我们从自然是更复杂的和可持续的组织应新的仿生材料先进的应用程序在不久的将来。”欧洲杯足球竞彩

海因茨说,最大的挑战之一,可以归结为模型。他的研究团队使用这些工具来模拟新型材料在几百人的规模数以百万计的原子。欧洲杯足球竞彩但是这些微小的设计和扩大规模的大小你可以看到变得日益艰巨的任务。

从原子的规模甚至毫米或厘米,有很多组织在自然材料的水平欧洲杯足球竞彩”海因茨说。

亨氏指出,美国国家航空航天局最近投资于航空航天探索hierarchically-engineered材料应用程序——;更强大和更轻量级的面板等纳米碳用于航天器携带生活欧洲杯足球竞彩用品到火星。亨氏,例如,是一个1500万美元的一部分工作由NASA研究这些“超强复合材料。”

工程师,他补充道,也发现新方法使大量纳米复合材料在生产环境中。今天,研究人员通常用3 d打印机之类的工具来让这些材料,一滴一滴地躺下来。欧洲杯足球竞彩

亨氏Tsukruk,尼泊尔,和他们的同事们感到乐观。自然,他们的报告,已经有几百万年,学习如何构造材料像穿山甲或牡蛎珍珠层尽可能有效。欧洲杯足球竞彩工程师可以把线索从穿山甲和牡蛎建设材料不创建大量的有害废物。欧洲杯足球竞彩

如果我们从大自然中学习,我们可以找到替代目前很多能源密集型制造过程或危险化学品,”海因茨说。

来源:https://www.colorado.edu/

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