由于对一种海洋蜗牛的牙齿如何生长的新研究，在不久的将来可能会有效率更高的太阳能电池和快速充电的锂离子电池。据这项工作背后的研究人员称，新获得的见识将导致纳米材料的生产更加廉价和高效。
图片来源：加州大学河滨分校
这项研究的开始是为了了解更多有关耐磨和耐冲击材料的方法。因此，这项研究的重点是“ gumboot chiton”，一种在美国加利福尼亚州至阿拉斯加沿岸的海蜗牛。这些Chitons的牙齿含有被认为是地球上最坚硬的生物矿物，即磁铁矿。因此，不仅牙齿非常坚固，而且具有磁性。这些坚不可摧的牙齿得以进化，因为从本质上讲，蜗牛必须穿过岩石才能进入所吃的藻类。齿位于其嘴中的传送带状结构上，该齿将新齿缓慢旋转到结构的尖端，然后将其用于切割岩石。
但是，真正有趣的是牙齿的坚硬而磁性的外部区域是如何形成的。
研究表明，这分三个步骤进行。最初，水合氧化铁（水铁矿）晶体在纤维状几丁质（复合糖）有机模板上成核。这些纳米晶的亚铁水合物颗粒通过固态转变而转变成磁性氧化铁（磁铁矿）。最终，磁铁矿颗粒沿着这些有机纤维生长，在成熟的牙齿中产生平行棒，使其变得如此坚硬。
该研究背后的化学与环境工程学助理教授戴维·基塞卢斯（David Kisailus）表示：“所有这些事情都难以置信地发生在室温和对环境有益的条件下。”“这使利用相似的策略以具有成本效益的方式制造纳米材料具有吸引力。”
Kisailus在他的实验室中借鉴了从这种生物矿化途径中学到的经验教训，以指导太阳能电池和锂离子电池中所用矿物质的生长。他认为，通过控制工程纳米材料的晶体尺寸，形状和方向，他可以制造出能够使太阳能电池和锂离子电池更有效地运行的材料。换句话说，太阳能电池将能够捕获更多百分比的阳光并将其更有效地转化为电能，锂离子电池可能需要更少的时间进行充电。
该生产方法的另一大优点是，工程纳米晶体可以在目前的情况下在低得多的温度下生长。这将导致生产成本大大降低。
这项新研究刚刚于1月16日发表在《高级功能材料》杂志上。
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