受昆蟲和蟹殼啟發的室溫金屬加工工藝改進
金屬加工通常需要非常高的熱量和壓力,但新加坡的科學家現在展示了一種在室溫下製造非常純淨的金屬結構的方法。其靈感來自螃蟹和昆蟲的外骨骼。
蜜蜂頭部模型,採用新的金屬加工方法製作,靈感來自昆蟲建造外殼的自然方式
從鐵匠使用熔爐和鐵砧的時代,到今天耗能巨大的工業設施,按照我們的意願彎曲金屬需要大量的熱量、能量和努力。但是,就像許多事物一樣,大自然可能早就找到了方法。
有時會在節肢動物(如螃蟹、龍蝦、昆蟲和蜘蛛)堅硬的外骨骼中發現金屬化合物。這些外殼主要由一種稱為甲殼素的堅韌蛋白質所構成,經過鞣製和脫水後會變硬。甲殼素和殼聚醣等其他相關分子可以吸附環境中的金屬微粒,進而加強動物的外殼。
現在,新加坡科技設計大學(SUTD)的科學家利用這種能力,在室溫和壓力下製造出了金屬結構。研究人員製作了金屬膠體混合物,然後將其倒入少量溶於水的殼聚醣中。
當水從混合物中蒸發出來時,殼聚醣分子開始將金屬顆粒拉到一起,這與這些裝甲動物的工作原理類似。
最後得到的是一塊連續的固體金屬,形狀符合要求,純度達99.5%。這些結構不僅具有金屬的特性,包括良好的導電性,更有趣的是,它們還能與其他生物材料相容,即使只添加了少量殼聚醣。這意味著它們可以融入木材和纖維素等材料中。
研究團隊表示,雖然這種方法製造的金屬並不是特別堅固,但仍不失為一種製造某些電子金屬元件的有用方法。下一步是進一步開發這種工藝,以製造可生物降解的電子元件。
這項研究發表在《先進功能材料》雜誌。
研究小組在下面的影片中演示了這項技術。