http://www.physorg.com/news110727530.html
October 04, 2007
透過模仿在貝殼中實際存在的分子結構，密西根大學的研究者創造出一種複合塑膠，堅固如鋼，不過卻更輕盈、透明。
它是由多層黏土奈米薄片（nanosheets）與化學成份類似白膠的水溶性聚合物製成。
工程教授 Nicholas Kotov 幾乎要封它為「塑膠鋼（plastic steel）」，不過這種新材料延伸性（stretchy）還不足以搏得此名。不過，他說它未來的發展可能導致為軍警及其車輛所用，更輕、更堅固的盔甲產生。它也可能用於微電機裝置、微射流（microfluidics，藉由控制氣流的大小和方向，實現邏輯、放大和傳感等功能的流體控制元件）、生醫感應器、閥（valves）與無人飛機（UAV）。
Kotov 與其他 UM 成員是一篇討論這種複合材料的論文，Ultrastrong and Stiff Layered Polymer Nanocomposites，的作者，發表在 10/5 的 Science 期刊上。
科學家解決了一種問題，那困擾工程師與科學家幾十年了：奈米大小的個別基石（building blocks）例如奈米管、奈米薄片、奈米桿都超堅固。不過當這些奈米大小的基石結合成較大的材料後，相對來說就變得比較弱。直到現在。
"當你試著要建造某些你能握在你手中的東西，科學家在將奈米薄片或奈米管個別的強度轉變到整個材料上有困難，" Kotov 說。"我們已證明在奈米薄片與聚合物基質（matrix）之間，可達到近乎理想的轉變。"
研究者使用一種他們所開發的機器，那能夠建造出一層又一層奈米等級的材料，創造這種新複合塑膠。
這種自動化機器由一隻懸臂所構成，懸臂盤旋過一個轉盤（wheel），轉盤上有小玻璃瓶，瓶內有不同的液體。在此例中，懸臂夾住一片玻璃，大小約莫一條口香糖，在其上建造這種新材料。
懸臂讓玻璃浸一下膠水般的聚合物溶液，然後再浸一下有黏土奈米薄片分散在其中的液體。當這些分層乾掉後，過程一再重複。膠狀聚合物與黏土奈米薄片各需 300 層方能創造出一片這種材料，其厚度如同一張保鮮膜（plastic wrap）。
珍珠母（mother of pearl），淡菜（mussel，一種貽貝）與牡蠣光彩奪目的內襯，也是像這樣一層又一層建造出來。這是最堅硬的、天然的、基於礦物的材料之一。
在此實驗中用到如膠水般的聚合物，那是聚乙烯醇（polyvinyl alcohol），跟一層又一層的組合過程同樣重要。「奈米膠」與黏土奈米薄片的結構讓各層形成共同作用的氫鍵，那能提升 Kotov 所謂的「Velcro（魔鬼氈）效應」。這種鍵結，如果破裂，可以很容易地在新地點重新形成。
魔鬼氈效應是該物質會如此堅固的理由之一。另一個是奈米薄片的排列。它們如同磚塊般交錯堆疊。
"當你有一種實際存在的結構，任何猛擊（cracks）都因每一層界面而變鈍（blunted），" Kotov 解釋。"要在大尺度下以奈米尺度的基石進行複製很困難，而那正是我們所辦到的事。"
※ 相關報導：
＊ Ultrastrong and Stiff Layered Polymer Nanocomposites
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/318/5847/80
Paul Podsiadlo, Amit K. Kaushik, Ellen M. Arruda,
Anthony M. Waas, Bong Sup Shim, Jiadi Xu,
Himabindu Nandivada, Benjamin G. Pumplin, Joerg Lahann,
Ayyalusamy Ramamoorthy, Nicholas A. Kotov
Science 5 October 2007: Vol. 318. no. 5847, pp. 80 - 83
DOI: 10.1126/science.1143176
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