發現碳酸鈣晶(jing)體如何獲(huo)得強度

　　碳酸(suan)鈣可以在(zai)(zai)許多東西中找到(dao)，從白堊、軟體動物貝殼、巖(yan)石(shi)到(dao)珍(zhen)珠、蛋(dan)殼和煤球。這(zhe)種化合物的強度各不相同。太平洋西北國家(jia)實驗室(PNNL)的材料科學家(jia)正在(zai)(zai)研(yan)究(jiu)是什么賦(fu)予碳酸(suan)鈣晶體強度。

　　發(fa)表(biao)在《自然通(tong)訊》(Nature Communications)雜志上的(de)科(ke)(ke)學(xue)家們發(fa)現，通(tong)過化學(xue)反應將軟性生物物質團(tuan)塊(kuai)并入(ru)晶體(ti)中的(de)原子(zi)，有(you)助于增強(qiang)材料(liao)的(de)強(qiang)度(du)。通(tong)過研(yan)究這種天然材料(liao)形成的(de)機(ji)理，科(ke)(ke)學(xue)家們希望開(kai)發(fa)出一種新材料(liao)，以實現可持續(xu)能源的(de)未來。

　　“一(yi)種(zhong)(zhong)材料的(de)強(qiang)度取決于它(ta)破壞其底層(ceng)晶(jing)(jing)體(ti)基質的(de)容易(yi)程度。如(ru)果一(yi)種(zhong)(zhong)材料被(bei)壓(ya)縮，那么它(ta)就會變得更難(nan)將基體(ti)分解。捕獲在碳酸鈣晶(jing)(jing)體(ti)中的(de)蛋白質在晶(jing)(jing)體(ti)結構(gou)中產生一(yi)種(zhong)(zhong)壓(ya)縮力(li)或應變。“與(yu)導致肌(ji)肉酸痛的(de)壓(ya)力(li)不同(tong)，這種(zhong)(zhong)壓(ya)力(li)對材料很有幫助，因為它(ta)使(shi)破壞底層(ceng)晶(jing)(jing)體(ti)結構(gou)變得更加(jia)困(kun)難(nan)，從而(er)增加(jia)了強(qiang)度。”

　　研究小組利用原子(zi)力顯微鏡觀察了碳酸(suan)鈣是如何將蛋白(bai)質和其他(ta)有力量(liang)的(de)粒子(zi)整(zheng)(zheng)合到其結構中的(de)。在(zai)實驗中，他(ta)們使(shi)用了碳酸(suan)鈣的(de)濃(nong)度(du)，碳酸(suan)鈣自然形(xing)成(cheng)(cheng)結晶礦物(wu)方(fang)解石(shi)。方(fang)解石(shi)在(zai)形(xing)成(cheng)(cheng)過程中會(hui)形(xing)成(cheng)(cheng)不平整(zheng)(zheng)的(de)表面，如實驗室(shi)描述的(de)那(nei)樣，形(xing)成(cheng)(cheng)一系列臺階和梯田。有機分子(zi)的(de)球體，稱為膠束，被添加(jia)作(zuo)為夾雜(za)物(wu)材料。

　　科學(xue)家(jia)們觀(guan)察到(dao)這些(xie)膠(jiao)束(shu)并不(bu)是隨(sui)機分布在(zai)(zai)碳酸鈣(gai)上(shang)的(de)。相反，他們粘在(zai)(zai)臺階邊緣(yuan)，“臺階邊緣(yuan)有露臺沒有的(de)化學(xue)成分，”太平洋西北實驗室的(de)材料科學(xue)家(jia)吉姆德約羅(Jim De Yoreo)說。“這些(xie)額外(wai)的(de)懸空鍵是膠(jiao)束(shu)可以相互作用的(de)。”

　　膠束(shu)隨后(hou)被(bei)形(xing)成(cheng)的(de)晶(jing)體包裹。根據PNNL的(de)說法，一項數學模擬證實了(le)(le)膠束(shu)被(bei)壓縮得像彈簧一樣，造成(cheng)了(le)(le)“膠束(shu)之間晶(jing)格的(de)應變，從而提高了(le)(le)機械強度”。

　　根據德·約羅的說法，這項新工作可能會為(wei)科學家提供一些想法，比如(ru)(ru)如(ru)(ru)何將二氧(yang)化碳(tan)儲存在有用(yong)的材料中(zhong)，或者(zhe)如(ru)(ru)何將光敏粒子(zi)并(bing)入晶體中(zhong)，用(yong)于(yu)太陽能的應用(yong)。