發(fā)現(xiàn)碳酸鈣晶體如何獲得強度

　　碳酸鈣可以在許多東西中找到，從白堊、軟體動物貝殼、巖石到珍珠、蛋殼和煤球。這種化合物的強度各不相同。太平洋西北國家實驗室(PNNL)的材料科學家正在研究是什么賦予碳酸鈣晶體強度。

　　發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)雜志上的科學家們發(fā)現(xiàn)，通過化學反應將軟性生物物質(zhì)團塊并入晶體中的原子，有助于增強材料的強度。通過研究這種天然材料形成的機理，科學家們希望開發(fā)出一種新材料，以實現(xiàn)可持續(xù)能源的未來。

　　“一種材料的強度取決于它破壞其底層晶體基質(zhì)的容易程度。如果一種材料被壓縮，那么它就會變得更難將基體分解。捕獲在碳酸鈣晶體中的蛋白質(zhì)在晶體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一種壓縮力或應變?！芭c導致肌肉酸痛的壓力不同，這種壓力對材料很有幫助，因為它使破壞底層晶體結(jié)構(gòu)變得更加困難，從而增加了強度。”

　　研究小組利用原子力顯微鏡觀察了碳酸鈣是如何將蛋白質(zhì)和其他有力量的粒子整合到其結(jié)構(gòu)中的。在實驗中，他們使用了碳酸鈣的濃度，碳酸鈣自然形成結(jié)晶礦物方解石。方解石在形成過程中會形成不平整的表面，如實驗室描述的那樣，形成一系列臺階和梯田。有機分子的球體，稱為膠束，被添加作為夾雜物材料。

　　科學家們觀察到這些膠束并不是隨機分布在碳酸鈣上的。相反，他們粘在臺階邊緣，“臺階邊緣有露臺沒有的化學成分，”太平洋西北實驗室的材料科學家吉姆德約羅(Jim De Yoreo)說?！斑@些額外的懸空鍵是膠束可以相互作用的?！?/p>

　　膠束隨后被形成的晶體包裹。根據(jù)PNNL的說法，一項數(shù)學模擬證實了膠束被壓縮得像彈簧一樣，造成了“膠束之間晶格的應變，從而提高了機械強度”。

　　根據(jù)德·約羅的說法，這項新工作可能會為科學家提供一些想法，比如如何將二氧化碳儲存在有用的材料中，或者如何將光敏粒子并入晶體中，用于太陽能的應用。