宾夕法尼亚州立大学安德里亚·艾尔斯·刀子乐队 仿生复合材料是由拓扑相互作用产生的，扩大了物理性质的限制，如导电性
荣誉:宾夕法尼亚州立大学梅尔特·武拉尔 有时候，打破规则不是一件坏事
尤其是当规则是适用于散装材料的明显自然法则，但其他力出现在纳米尺度时
“大自然知道如何从原子的小尺度到更大的尺度，”工程科学和力学教授梅利克·德米雷尔说，他是劳埃德和多萝西·弗尔·哈克仿生材料讲座的主持人
“工程师们已经使用混合规则来提高性能，但仅限于单一规模
我们从未深入到下一个层次工程
关键的挑战是从分子到体积在不同的尺度上有明显的力
" 复合材料，顾名思义，是由不止一种成分组成的
混合物规则说，虽然一种成分与另一种成分的比例可以变化，但复合材料的物理性质是有限制的
根据德米雷尔的说法，他的团队已经突破了这个极限，至少在纳米尺度上
德米雷尔说:“如果你有一个导电聚合物复合材料，聚合物和金属化合物的数量受到混合物规则的限制。”
“规则支配着矩阵和填充的一切
我们取了一些材料——一种生物聚合物和一种原子级的薄导电材料——让它们通过自组装来组织，打破了混合物的规则
" 该小组的材料由一种仿生聚合物和导电碳化钛二维MXene组成，前者基于基因复制产生的串联重复蛋白质，灵感来自鱿鱼环齿蛋白质的结构，后者是一种只有几个分子厚的金属层。
这种层状复合材料自组装，聚合物调节金属层之间的距离
通过使用串联重复蛋白质——一种重复保守序列的生物聚合物——的基因工程，研究人员可以在不改变复合组分的情况下控制导电层的层间距离
研究人员的目标是利用合成生物学创造出对物理性质有前所未有控制的自组装材料
由于聚合物自组装成交联网络，微小区域的基质与填料的比例会打破混合规则，层状材料的电性能也会发生变化
研究人员在最近一期的美国化学学会纳米上报告了他们的研究结果
这种仿生聚合物金属复合材料在适当的本体混合物中既具有柔性又具有导电性
在微观尺度上，当结构对称性被打破时，电导率取决于方向
“独一无二的是，现在你可以获得不同于面外电导率的面内电导率，”德米雷尔说
只要电流沿着二维材料层的平面流动，电导率就是线性的，但是如果电流穿过这些层，电导率就变成非线性的
德米雷尔说:“现在我们可以制造一个存储设备。”
“我们还可以制造二极管、开关、调节器和其他电子设备
我们希望制造的材料能够具有构建新功能所需的特性，而这些特性是很难实现的，或者是以前无法实现的
"
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