东方蓝鸟是一种特殊的鸟。它的蓝色羽毛是独一无二的。然而，这种颜色不是基于颜料，而是基于羽毛的特殊结构。在显微镜下观察，羽毛被一个直径只有几百纳米的通道网络所穿越。

　　蓝鸟的蓝色引起了苏黎世联邦理工学院软材料和生物材料实验室的研究人员的注意，该实验室由前联邦理工学院教授Eric Dufresne领导。以至于他们决定在实验室里复制这种材料。他们现在已经成功地采用了一种新方法:他们已经开发出一种材料，它展示了与蓝鸟羽毛相同的结构设计，同时由于其纳米网络，它还提供了实际应用的潜力。

　　研究人员使用一种可以拉伸和变形的透明硅橡胶作为起始材料。科学家们将这种橡胶放入一种油性溶液中，并在60摄氏度的烤箱中膨胀几天。然后他们将其冷却，并从油性溶液中提取橡胶。

　　研究人员能够在显微镜下观察到橡胶的纳米结构在这个过程中是如何变化的，他们发现了与那些赋予蓝鸟羽毛蓝色的网络结构相似的网络结构。主要的区别在于形成通道的厚度——鸟类羽毛的厚度约为200纳米，而合成材料的厚度为800纳米。

　　网络形成背后的原理是相分离。这种现象可以在厨房用油和醋制成的沙拉酱观察到。混合这两种液体并不容易，最好是通过大力摇晃来实现。一旦震动停止，液体就会再次分离。

　　然而，也可以通过加热然后再次冷却来混合它们以分离它们。这正是研究人员将硅橡胶和油性溶液混合的原理。这导致橡胶内部形成了一个完整的微观通道网络。

　　主要作者Carla Fernández Rico说:“我们能够以这样一种方式控制和选择条件，即在相分离期间形成通道。我们已经成功地在两个阶段再次完全合并之前停止了这一程序。”这种沟道状的结构与鸟类羽毛的结构非常相似。

　　这种新方法的优点是新材料的尺寸只有几厘米，并且仍然可以扩展。“原则上，你可以使用任何尺寸的橡胶塑料。然而，你还需要相应的大容器和烤箱，”Fernández Rico说。

　　这种材料加工方法的新颖性引起了物理界的极大兴趣。Fernández Rico说:“我们有一个只由两种成分组成的简单系统，但最终得到的结构非常复杂，并受成分性质的控制。”“有几个理论小组联系过我们，他们建议使用物理模型来理解这一新过程的关键物理原理，并预测其结果。”

　　这种新材料具有技术和可持续应用的潜力。电池是一个可能的应用领域。电池中的离子通常通过一种叫做电解质的液体在电极之间移动。随着时间的推移，电池失去充电能力甚至最终失效的主要原因之一是离子与液体电解质发生反应，导致两个电极建立物理接触并损坏电池。

　　液体电解质可以被具有相互连接通道的网络结构的固体电解质所取代，就像苏黎世联邦理工学院的研究人员所展示的那样，它可以避免电极之间的物理接触，同时保持良好的离子通过电池的传输。

　　水过滤器可能是另一个应用。良好的跨互联通道的传输特性和大的表面积在这里是有利的。在沟道状结构的情况下，表面与体积的比例是巨大的。这样可以有效地去除水中的污染物，如细菌或其他颗粒。

　　Fernández Rico表示:“然而，该产品离上市还有很长的路要走。”“虽然橡胶材料便宜且容易获得，但油相相当昂贵。这里需要一种更便宜的材料。”

　　Fernández Rico希望从可持续发展的角度发展她未来的研究:“许多天然聚合物，如纤维素或几丁质，具有与我们工作中使用的橡胶相似的结构。”然而，使用天然材料如纤维素比使用从石油中提取的硅橡胶更环保。因此，这位博士后研究员希望在未来发现如何使这些材料更有功能，以开发它们的潜力。

　　更多信息:Carla Fernández-Rico等人，弹性微相分离产生坚固的双连续材料，Nature materials(2023)。DOI: 10.1038/s41563-023-01703-0

　　苏黎世联邦理工学院提供

　　引用:用橡胶纳米结构复制鸟类羽毛的结构(2023,December 1)检索自https://techxplore.com/news/2023-12-replicating-bird-feathers-rubber-nanostructures.html

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