以蓝鸟为灵感的材料可以提高电池寿命

利用蓝鸟灵感的材料可增强电池的使用寿命

东部蓝鸟不仅仅是看起来漂亮。它的羽毛还具有一种独特的结构，可以推动可持续应用的变革，例如电池和水过滤。

具体来说，鸟翼的鲜艳蓝色并不是颜色素导致的结果。相反，这是由一组直径为几百纳米的通道组成的网络造成的，这些通道贯穿整个羽毛。

这种网络结构激发了苏黎世联邦理工学院的研究人员在实验室中复制这种材料。他们现在开发出了一种合成材料，它具有与蓝鸟羽毛相同的结构设计，有潜力提供实际的用途，例如改善电池寿命。

研究人员使用了一种可同时拉伸和变形的透明硅橡胶。他们将其放入一种油溶液中，在60°C加热的烤箱中浸泡数天。然后他们进行冷却和提取。

团队观察到在过程中橡胶的纳米结构发生了变化，并且他们发现了与蓝鸟羽毛中的结构类似的网络结构。唯一的区别是形成通道的厚度：合成材料为800纳米，而羽毛为200纳米。

这一成就是基于一种基于聚合物基体和油溶液的相分离的新方法的结果。相分离是一种我们在日常生活中都见过的常见物理现象。例如，想象一下由油和醋制成的沙拉酱-除非经过激烈摇动，否则这两种物质会分离，并且在停止摇动时再次分离。

但是也可以通过加热混合物并通过冷却再次分离它们-这正是科学家在实验室中所做的。

“我们能够以这样的方式控制和选择条件，使在相分离过程中形成通道。我们成功地在两个相彼此完全融合之前停止了这个过程，”该研究的主要作者Carla Fernández Rico说道。

该方法的一个显著优点是材料的可扩展性。“原则上，您可以使用任意大小的一块橡胶塑料。但是，您还需要相应大的容器和烤箱，”Rico补充说。

该技术在电池中可能证明有用，通过取代液态电解质，液态电解质有助于电极之间的锂离子传输，但往往会与离子发生反应，从而降低电池容量和健康状况。研究人员开发的具有类似网络结构的固态电解质不仅可以消除这个问题，还可以实现良好的离子传输并延长电池寿命。

由于网络的传输性质和大面积，水过滤器是另一个潜在的应用领域，它可以实现有害水颗粒，包括细菌和其他有害物质的去除。

Rico希望进一步开展可持续性研究，并指出团队的工作还远未结束。

“这个产品离进入市场还有很长的路要走，”她说。“虽然橡胶材料便宜且易得，但油溶液相当昂贵。这里需要一对成本较低的材料。”也许DeepMind的深度学习工具可以提供帮助。

全文发表在《自然材料》杂志上。