Las proteínas inspiradas en calamares pueden actuar como ensambladores programables de materiales 2D, como el óxido de grafeno, para formar materiales híbridos con un espaciado mínimo entre capas adecuadas para dispositivos de alta eficiencia, incluidos dispositivos electrónicos flexibles, sistemas de almacenamiento de energía y actuadores mecánicos, según un equipo interdisciplinariode investigadores de Penn State.
"Los materiales en capas 2D se pueden hacer por deposición al vacío vapor químico", dijo Melik C. Demirel, profesor de desarrollo de Pierce y profesor de ciencias de la ingeniería y mecánica. "Pero el proceso es costoso y lleva mucho tiempo. Con el vapor químicoel problema también es que no podemos ampliar ".
Los materiales como el óxido de grafeno están compuestos de capas individuales de moléculas conectadas en una llanura. Si bien la longitud y el ancho de la lámina pueden ser cualquier cosa, la altura es solo la de una molécula. Para hacer compuestos y dispositivos utilizables, los materiales 2D deben serapilados en pilas de láminas idénticas o combinaciones de láminas de diferentes composiciones apiladas según las especificaciones. Junto con Mauricio Terrones, profesor de física, química y ciencia e ingeniería de materiales, y director del Centro Atómico 2D, Penn State, Demirel y su equipo son actualmentemirando hojas de apilamiento de materiales idénticos utilizando un enfoque solvente que se autoensambla.
"Usando el enfoque solvente, las moléculas se autoensamblan, se curan por sí mismas y son flexibles", dijo Demirel. "Actualmente estamos apilando capas idénticas, pero no tienen que ser las mismas".
Para hacer estos compuestos moleculares utilizando tecnología solvente, los investigadores combinaron las láminas de óxido de grafeno con polímeros sintéticos con el patrón de las proteínas que se encuentran en los dientes del anillo de calamar. Un extremo de la hebra de proteína se une al borde de una lámina de óxido de grafeno y el otro extremose adhiere al borde de otra lámina de dióxido de grafeno. Las láminas de óxido de grafeno se autoensamblan para apilarse con proteínas que unen los bordes de las láminas. La longitud de estas proteínas repetitivas en tándem, su peso molecular, determina la distancia entre láminas.
"Hasta ahora, nadie ha podido apilar capas compuestas a menos de 1 nanómetro", dijo Demirel. "Podemos apilarlas con precisión atomística con una resolución de 0.4, 0.6 o 0.9 nanómetros eligiendo el peso molecular correcto del mismoproteína. Respectivamente "
Los investigadores probaron la capacidad de este material para fabricar dispositivos pequeños creando actuadores térmicos bimorfos. Un activador bimorfo es una pequeña pieza de material hecha de dos capas diferentes y colocada perpendicular a una superficie. Cuando se activa, generalmente por una corriente eléctrica, el bimorfoEl actuador se dobla desde la perpendicular.
Los investigadores informan en la edición de julio de carbono que "estos nuevos actuadores bimorfos compuestos moleculares pueden facilitar la actuación térmica a voltajes tan bajos como aproximadamente 2 voltios, y cuentan con una eficiencia energética 18 veces mejor que los actuadores bimorfos regulares ensamblados con óxido de grafeno a granel y películas repetidas en tándem".Las proteínas de peso molecular podrían alcanzar desplazamientos mucho más altos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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