p Folhas de uma única molécula de óxido de grafeno se misturam em solução com proteínas de repetição em tandem sintéticas padronizadas em dentes de anel de lula. Os dois materiais separados se auto-montam para que as proteínas repetidas em tandem se fixem nas bordas das folhas de óxido de grafeno - uma extremidade em uma folha - para colocar o grafeno em pilhas e espaçar uniformemente as folhas. A quantidade de espaçamento entre as folhas de óxido de grafeno é determinada pelo comprimento da proteína de repetição em tandem. Crédito:Penn State
p Proteínas inspiradas em lulas podem atuar como montadores programáveis de materiais 2D, como óxido de grafeno, para formar materiais híbridos com espaçamento minuto entre as camadas adequadas para dispositivos de alta eficiência, incluindo eletrônicos flexíveis, sistemas de armazenamento de energia e atuadores mecânicos, de acordo com uma equipe interdisciplinar de pesquisadores da Penn State. p "Materiais em camadas 2D podem ser feitos por deposição a vácuo (vapor químico), "disse Melik C. Demirel, Pierce Development Professor e professor de ciências da engenharia e mecânica. "Mas o processo é caro e leva muito tempo. Com a deposição de vapor químico, o problema também é que não podemos aumentar a escala."
p Materiais como o óxido de grafeno são compostos de camadas únicas de moléculas conectadas em uma planície. Embora o comprimento e a largura da folha possam ser qualquer coisa, a altura é apenas de uma molécula. Para fazer compostos e dispositivos utilizáveis, Os materiais 2D devem ser empilhados em pilhas de folhas idênticas ou combinações de folhas de composição diferente empilhadas de acordo com as especificações. Junto com Mauricio Terrones, professor de física, química e ciência de materiais e engenharia, e diretor do 2D Atomic Center, Estado de Penn, Demirel e sua equipe estão atualmente procurando empilhar folhas de materiais idênticos usando uma abordagem de solvente que se auto-monta.
p "Usando a abordagem de solvente, as moléculas se automontam, autocurativa e flexível, "disse Demirel." Atualmente estamos empilhando camadas idênticas, mas eles não precisam ser os mesmos. "
O vídeo mostra em camadas, folhas de óxido de grafeno automontadas com proteínas sintéticas padronizadas em dentes de anel de lula transformadas em um atuador com curvatura substancial. O segundo segmento mostra o mesmo dispositivo usando apenas óxido de grafeno. Não há movimento. Crédito:Melik Demirel, Estado de Penn p Para fazer esses compostos moleculares usando tecnologia de solvente, os pesquisadores combinaram as folhas de óxido de grafeno com polímeros sintéticos modelados a partir de proteínas encontradas em dentes de anel de lula. Uma extremidade da fita de proteína se conecta à borda de uma folha de óxido de grafeno e a outra extremidade se conecta à borda de outra folha de dióxido de grafeno. As folhas de óxido de grafeno se auto-montam para se empilhar com proteínas que ligam as bordas das folhas. O comprimento dessas proteínas repetidas em tandem - seu peso molecular - determina a distância entre as folhas.
p "Até agora, ninguém foi capaz de empilhar camadas compostas mais próximas do que 1 nanômetro, "disse Demirel." Podemos empilhá-los com precisão atomística de 0,4, Resolução de 0,6 ou 0,9 nanômetros, escolhendo o peso molecular correto da mesma proteína. Respectivamente."
p Os pesquisadores testaram a capacidade desse material de fazer dispositivos minúsculos criando atuadores térmicos bimorfos. Um ativador bimorfo é um pequeno pedaço de material feito de duas camadas diferentes e colocado perpendicularmente a uma superfície. Quando ativado, geralmente por uma corrente elétrica, o atuador bimorfo dobra a partir da perpendicular.
p Os pesquisadores relatam na edição de julho da
Carbono que "esses novos atuadores bimorfos de compósito molecular podem facilitar a atuação térmica em tensões tão baixas quanto cerca de 2 volts, e eles apresentam eficiências de energia 18 vezes melhores do que os atuadores bimorfos regulares montados usando óxido de grafeno em massa e filmes repetidos em tandem. “Eles acreditam que proteínas de peso molecular mais alto podem alcançar deslocamentos muito maiores.
