東部藍鳥是一種北美鶇鳥，其羽毛獨特的微觀結構啟發人們創造出一種生產簡單、可擴展且堅固耐用的新型合成材料，這種材料可用於電池和濾水器。東部藍鳥的翅膀之所以呈現出奪目的絢麗藍色，是因為它的羽毛中有一個直徑只有幾百奈米的通道網路。蘇黎世聯邦理工學院的研究團隊看到了這種網路結構作為可用材料的潛力，於是嘗試在實驗室中複製這種結構。

研究人員使用透明矽橡膠作為起始材料，將其置於油性溶液中，在加熱至140 °F（60 °C）的烤箱中讓其膨脹數天。然後將其冷卻以降低液體的溶解度，並從油性溶液中提取橡膠。

研究人員在顯微鏡下分析這種材料，查看其奈米結構在加工過程中發生了哪些變化，結果發現其網狀結構與藍鳥羽毛中的網狀結構相似。唯一真正的區別是形成的通道的厚度；在羽毛中，通道的厚度約為200 奈米，而在合成材料中，通道的厚度為800 奈米。

東部藍鳥及其羽毛的微觀結構（左）與合成材料及其結構（D）的對比（圖：Fernández-Rico

在材料中形成新穎網狀結構的關鍵是相分離。您可能在廚房嘗試混合油和醋製作沙拉醬時遇到過這種現象。搖晃時液體確實會混合，但停止搖晃後就會分離。不過，也可以使用另一種方​​法來混合油和醋：加熱，然後冷卻。研究人員在這裡應用了這個原理，中斷這個過程就能產生所需的通道。

該研究的第一作者卡拉-費爾南德斯-里科（Carla Fernández-Rico）說：”我們能夠控制和選擇條件，從而在相分離過程中形成通道。我們成功地在兩相再次完全融合之前停止了這一過程”。

用於製造新型合成材料的相分離過程Fernández-Rico et al.

研究人員使用這種方法製造出了幾厘米大小的合成材料，而且這種材料是可擴展的。

里科說：”原則上你可以使用一塊任意大小的橡膠塑膠。不過也需要相應的大型容器和烤箱。”

研究人員說，他們的新型材料已經引起了物理學界的興趣：”我們有一個僅由兩種成分組成的簡單系統，但最終獲得的結構卻非常複雜，並受成分特性的控制。一些理論小組已經與我們進行了接觸，他們建議使用物理模型來理解這個新過程的關鍵物理原理，並預測其結果。”

實際上，他們說這種材料有可能用於電池和濾水器。對於濾水器來說，如果使用通道式結構，表面積與體積的比例就會非常大，從而更有效地去除污染物。如果表面積不足，固體物質就會高速撞擊濾料，導致過濾器表面膜或底層濾料過早降解。過濾面積不足也會增加通過系統的壓力降，導致能耗增加。

電池電解液是電池內部的液體或糊狀溶液，在陰極和陽極之間傳輸帶正電的離子。電池隨著時間的推移而失去充電能力或失效的原因之一是離子與電解液反應，導致電極物理接觸並損壞電池。用這種材料製成的固態電解質可以避免電極之間的物理接觸，同時保持電池中離子的良好傳輸。

里科說：”然而，該產品距離投放市場還有很長的路要走。橡膠材料既便宜又容易獲得，而油性相卻相當昂貴。這裡需要一對不那麼昂貴的材料”。

研究人員計劃改進這種材料，重點關注其可持續性。許多天然聚合物，如纖維素或甲殼素，其結構與我們工作中使用的橡膠相似。

這項研究發表在《自然-材料》雜誌。