美國加州大學(xué)伯恩斯工程學(xué)院助理教授DavidKisailus正從生長于加州海岸的石鱉牙齒中制造一種成本更低效率更高的納米級(jí)材料，以提高太陽能電池與鋰離子電池的效率。

化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院的助理教授DavidKisailus近期的研究論文詳細(xì)介紹了石鱉牙齒的成長過程。該論文發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》（AdvancedFunctionalMaterials）雜志。聯(lián)合作者中有他當(dāng)前與曾經(jīng)的學(xué)生以及哈佛大學(xué)、查普曼大學(xué)（ChapmanUniversity）與美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室（BrookhavenNationalLaboratory）旗下的科學(xué)家。

該論文的重點(diǎn)研究對象為橡膠靴石鱉，這種石鱉在石鱉類群中體形最大，可達(dá)一英尺長。它們生長于縱橫加州中部與阿拉斯加（Alaska）州的太平洋。這類石鱉皮膚類似皮革，通常為紅褐色，偶爾也呈橘紅色。基于此，人們給它起了一個(gè)昵稱：流浪的肉餅。

隨著歷史的演變，石鱉逐漸進(jìn)化，通過一種名為radula的專業(yè)尖銳**來吃生長于石頭表面或內(nèi)部夾縫的海藻。這個(gè)radula是位于石鱉嘴中類似傳送帶結(jié)構(gòu)的牙齒（約70至80排）。在進(jìn)食過程中，石鱉第一排牙齒用于磨碎石頭以觸及海藻。當(dāng)這排牙齒變得破損，新牙齒就隨即長出。當(dāng)破損牙齒光榮獻(xiàn)身之后，新長出的牙齒進(jìn)入戰(zhàn)爭前線以同樣的速度繼續(xù)奮戰(zhàn)。

Kisailus于五年前開始研究石鱉，因?yàn)樗麑δ湍バ耘c耐沖擊性材料非常感興趣。他運(yùn)用自然的靈感來設(shè)計(jì)下一代工程產(chǎn)品與材料。他曾確定石鱉的牙齒中含有地球上最堅(jiān)硬的生物礦物：磁鐵礦（重要成分為四氧化三鐵）。正是這一物質(zhì)令石鱉的牙齒異常堅(jiān)固，并且?guī)в写判浴?/p>

在剛公布的名為《石鱉牙齒中的相變與結(jié)構(gòu)發(fā)展》論文中，Kisailus著手研究石鱉牙齒的堅(jiān)固程度以及齒形外部區(qū)域的磁場效應(yīng)。

他的論文通過三個(gè)步驟對此做出研究。首先，論文對位于纖維狀殼質(zhì)有機(jī)模版上的水化鐵氧化物（水鐵礦）晶體核做出研究。然后，這些納米晶體水鐵礦粒子通過固態(tài)相變轉(zhuǎn)換為磁性氧化鐵（俗稱磁鐵礦）。最后，磁鐵礦顆粒沿著有機(jī)纖維生長，在成熟的牙齒中出現(xiàn)平行棒，以使牙齒堅(jiān)固。

Kisailus表示：整個(gè)過程均在室溫以及環(huán)保環(huán)境下發(fā)生，這點(diǎn)難以置信。這令運(yùn)用類似戰(zhàn)略以成本效率的方式生產(chǎn)納米材料變得吸引力十足。

Kisailus從這一生物礦化途徑中吸取靈感，嘗試在實(shí)驗(yàn)室中將之運(yùn)用進(jìn)太陽能電池與鋰離子電池中。通過控制晶體的尺寸、形狀以及工程納米材料的方位，Kisailus認(rèn)為他可以建造令太陽能電池與鋰離子電池運(yùn)作效率更高的材料。