受蓝鸟启发的材料可以延长电池寿命

蓝鸟的特殊羽毛结构激发了研究人员在实验室中复制它的灵感

东方蓝鸟不仅仅是看起来很漂亮。它的羽毛还具有独特的结构，可以彻底改变电池和水过滤等可持续应用。

具体来说，鸟翅膀的亮蓝色并不是色素沉着的结果。相反，这是由于一个直径为几百纳米的通道网络，穿过羽毛。

这种网络结构激发了苏黎世联邦理工学院的研究人员在实验室中复制这种材料。他们现在已经开发出一种合成材料，其结构设计与蓝鸟的羽毛相同，有可能提供实际用例，例如延长电池寿命。

研究人员用一种透明的硅橡胶进行了实验，这种橡胶既可以拉伸，也可以变形。他们将其置于油性溶液中，使其在60°C加热的烤箱中膨胀数天。然后他们冷却并提取它。

研究小组观察到橡胶的纳米结构在手术过程中发生了变化，他们发现了与蓝鸟羽毛相似的网络结构。唯一的本质区别是形成的通道的厚度：合成材料是 800 纳米，羽毛是 200 纳米。

东部蓝鸟（A）的羽毛（B）的微观结构，右边是实验室（D）的相同结构和开发的材料（C）。图片来源：Fernández-Rico， C.， et al. Nature Materials， 2023

这一成就是基于聚合物基质和油溶液相分离的新方法的结果。相分离是我们在日常生活中都目睹的常见物理现象。例如，想想由油和醋制成的沙拉酱——除非剧烈摇晃，否则这些物质会分离，并在摇晃停止时再次分离。

但也可以将这些物质与加热混合，然后通过冷却再次分离它们 - 这正是科学家们在实验室中所做的。

“我们能够控制和选择条件，以便在相分离过程中形成通道。在两个阶段再次完全合并之前，我们已经成功地停止了该程序，“该研究的主要作者卡拉·费尔南德斯·里科说。

这种方法的一个显着优点是材料保持可扩展性。“原则上，你可以使用一块任何尺寸的橡胶塑料。但是，您还需要相应的大型容器和烤箱，“Rico 补充道。

该技术可以通过替代液体电解质来证明在电池中是有用的，液体电解质促进了锂离子在电极之间的转移，但经常与离子发生反应，从而降低电池容量和健康状况。具有网络结构的固体电解质，如研究人员开发的网络结构，不仅可以消除这个问题，还可以实现良好的离子传输并延长电池寿命。编译 陈讲运

滤水器是另一个潜在的应用领域，这要归功于该网络的传输特性和大表面积，可以去除污染物，包括细菌和其他有害的水颗粒。

Rico 的目标是进一步发展她的研究，以实现可持续性，并指出该团队的工作远未结束。

“该产品距离上市还有很长的路要走，”她说。“虽然橡胶材料便宜且易于获得，但油相相当昂贵。这里需要一对更便宜的材料。也许 DeepMind 的深度学习工具可以发挥作用。

完整的研究发表在《自然材料》杂志上。

https://www.nature.com/articles/s41563-023-01703-0

弹性微相分离可生产坚固的双连续材料摘要

双连续微观结构对于各种天然和合成系统的功能至关重要。它们的合成基于两种方法：阻滞相分离或嵌段共聚物的自组装。前者因其化学简单性而具有吸引力，后者因其热力学稳健性而具有吸引力。在这里，我们介绍了弹性微相分离（EMPS）作为制造双连续微观结构的替代方法。从概念上讲，EMPS平衡了驱动解混的分子尺度力与大尺度弹性，以编码热力学长度尺度。该工艺具有连续相变、可逆且无滞后。实际上，EMPS是通过简单地用液体使弹性基体过饱和来触发的，从而产生均匀的双连续材料，其微观长度尺度由基体刚度调整。通过制造具有优异机械性能和可控各向异性和微观结构梯度的双连续材料，进一步证明了EMPS的多功能性。总体而言，EMPS为均匀双连续材料的批量制造提供了一种强大的替代方案。

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