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可储存光能的收缩凝胶

发布日期:2015-01-22

 

左:利用旋转分子马达交联聚合物凝胶链示意图(在能量刺激下马达的红色和蓝色部分可相互转换)。右:暴露在光下,马达开始旋转,聚合物链扭曲使凝胶体积收缩至原体积的20%,将部分光能以机械能形式储存。

生命系统中,集体分子运动在宏观上产生影响,例如通过蛋白马达协同运动的肌肉。为了重塑这种现象,由斯特拉斯堡大学Nicolas Giuseppone教授领导的研究团队已经制得一种聚合物凝胶,该凝胶可以通过人工分子马达运动进行收缩。纳米马达受光激活,扭曲凝胶中的聚合物链,使凝胶缩数厘米。这种新材料的另一个优势是能够储存吸收的光能。该研究结果于2015119日发表于《自然·纳米技术》 (Nature Nanotechnology)上。

 

生物学中,分子马达是相当复杂的可通过消耗能量运动的蛋白质组件:它们参与例如DNA复制及蛋白质合成的基本生物行为,构成所有运动的基础。这些马达只能在纳米尺度范围内运行。然而,当数以百万计的分子马达结合一起,它们可以在宏观尺度上产生效应。

数十年来,化学家们努力寻求利用人工马达实现宏观尺度效应。研究人员利用旋转分子马达取代聚合物链彼此相互交联的凝胶网点。这种旋转分子马达由两部分组成,这两部分在能量刺激时能相互转换。他们首次实现了马达在宏观尺度上以一种协调连续的方式运行:一旦马达受光激活,它们就会扭曲凝胶中的聚合物链,使其收缩。

为了产生持续的运动,马达像在生命系统中一样要消耗能量。然而,光能并未完全耗尽:它通过聚合物链的扭曲转化为机械能,并储存在凝胶中。如果这种材料长时间暴露在光照下,包含在聚合物链收缩中的能量变得非常高,甚至可以使凝胶突然爆破。现在,研究人员正试图利用这种新型光能储存方式,以一种可控的方式重新利用。

 

文章来源:新材料在线

 

 

 

 

 

 

 

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