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發現碳酸鈣晶體如何獲得強度

作者:寅木   時間:2019-01-03 11:59   

  發現碳酸鈣晶體如何獲得強度

  碳酸鈣可以在許多東西中找到,從白堊、軟體動物貝殼、岩石到珍珠、蛋殼和煤球。這種化合物的強度各不相同。太平洋西北國家實驗室(PNNL)的材料科學家正在研究是什麽賦予碳酸鈣晶體強度。

  發表在《自然通訊》(Nature Communications)雜誌上的科學家們發現,通過化學反應將軟性生物物質團塊並入晶體中的原子,有助於增強材料的強度。通過研究這種天然材料形成的機理,科學家們希望開發出一種新材料,以實現可持續能源的未來。

  “一種材料的強度取決於它破壞其底層晶體基質的容易程度。如果一種材料被壓縮,那麽它就會變得更難將基體分解。捕獲在碳酸鈣晶體中的蛋白質在晶體結構中產生一種壓縮力或應變。“與導致肌肉酸痛的壓力不同,這種壓力對材料很有幫助,因為它使破壞底層晶體結構變得更加困難,從而增加了強度。”

  研究小組利用原子力顯微鏡觀察了碳酸鈣是如何將蛋白質和其他有力量的粒子整合到其結構中的。在實驗中,他們使用了碳酸鈣的濃度,碳酸鈣自然形成結晶礦物方解石。方解石在形成過程中會形成不平整的表麵,如實驗室描述的那樣,形成一係列台階和梯田。有機分子的球體,稱為膠束,被添加作為夾雜物材料。

  科學家們觀察到這些膠束並不是隨機分布在碳酸鈣上的。相反,他們粘在台階邊緣,“台階邊緣有露台沒有的化學成分,”太平洋西北實驗室的材料科學家吉姆德約羅(Jim De Yoreo)說。“這些額外的懸空鍵是膠束可以相互作用的。”

  膠束隨後被形成的晶體包裹。根據PNNL的說法,一項數學模擬證實了膠束被壓縮得像彈簧一樣,造成了“膠束之間晶格的應變,從而提高了機械強度”。

  根據德·約羅的說法,這項新工作可能會為科學家提供一些想法,比如如何將二氧化碳儲存在有用的材料中,或者如何將光敏粒子並入晶體中,用於太陽能的應用。