Le proteine ​​ispirate ai calamari possono agire come assemblatori programmabili di materiali 2D, come l'ossido di grafene, per formare materiali ibridi con spaziatura minima tra gli strati adatti a dispositivi ad alta efficienza inclusa l'elettronica flessibile, sistemi di accumulo di energia e attuatori meccanici, secondo un team interdisciplinare di ricercatori della Penn State.

"I materiali a strati 2D possono essere realizzati mediante deposizione sotto vuoto (vapore chimico), " ha detto Melik C. Demirel, Pierce Development Professor e professore di scienze ingegneristiche e meccaniche. "Ma il processo è costoso e richiede molto tempo. Con la deposizione chimica da vapore il problema è anche che non possiamo scalare".

Materiali come l'ossido di grafene sono composti da singoli strati di molecole collegate in piano. Mentre la lunghezza e la larghezza del foglio possono essere qualsiasi cosa, l'altezza è solo quella di una molecola. Per realizzare compositi e dispositivi utilizzabili, I materiali 2D devono essere impilati in pile di fogli identici o in combinazioni di fogli di diversa composizione impilati secondo le specifiche. Insieme a Maurizio Terrones, professore di fisica, chimica e scienza e ingegneria dei materiali, e direttore del Centro Atomico 2D, Penn State, Demirel e il suo team stanno attualmente esaminando l'impilamento di fogli di materiali identici utilizzando un approccio a solvente che si autoassembla.

"Utilizzando l'approccio del solvente le molecole si autoassemblano, autoguarigione e flessibile, " disse Demirel. "Attualmente stiamo impilando strati identici, ma non devono essere gli stessi."

Per realizzare questi compositi molecolari utilizzando la tecnologia dei solventi, i ricercatori hanno combinato i fogli di ossido di grafene con polimeri sintetici modellati sulle proteine ​​trovate nei denti degli anelli dei calamari. Un'estremità del filamento proteico si attacca al bordo di un foglio di ossido di grafene e l'altra estremità si attacca al bordo di un altro foglio di diossido di grafene. I fogli di ossido di grafene si autoassemblano per impilarsi con le proteine ​​che collegano i bordi dei fogli. La lunghezza di queste proteine ​​ripetute in tandem, il loro peso molecolare, determina la distanza tra i fogli.

"Fino ad ora, nessuno è stato in grado di impilare strati compositi più vicini di 1 nanometro, " ha detto Demirel. "Possiamo impilarli con precisione atomica con 0,4, Risoluzione di 0,6 o 0,9 nanometri scegliendo il giusto peso molecolare della stessa proteina. Rispettivamente."

I ricercatori hanno testato la capacità di questo materiale di realizzare piccoli dispositivi creando attuatori termici bimorfi. Un attivatore bimorfo è un piccolo pezzo di materiale composto da due strati diversi e posizionato perpendicolarmente a una superficie. Quando attivato, di solito da una corrente elettrica, l'attuatore bimorfo si piega dalla perpendicolare.

I ricercatori riferiscono nel numero di luglio di Carbonio che "questi nuovi attuatori bimorfi compositi molecolari possono facilitare l'attuazione termica a tensioni fino a circa 2 volt, e vantano un'efficienza energetica 18 volte migliore rispetto ai normali attuatori bimorfi assemblati utilizzando ossido di grafene sfuso e film ripetuti in tandem." Ritengono che le proteine ​​di peso molecolare più elevato possano raggiungere spostamenti molto più elevati.