利用病毒製作導熱膜——只需室溫乾燥便可獲得

科技 04-15

日本東京工業大學的澤田助教與芹澤教授等人組成的研究小組在開發具備高傳熱效率的材料時，注意到了生物體固有的分層聚合結構。作為無毒絲狀病毒「纖維病毒」之一的

M13噬菌體

注1）

是一種在核酸周圍有序聚集了蛋白質的大體積高分子集合體，具有細長結構（直徑約5nm，長約1μm，圖1a）。

M13噬菌體由於其自身的細長結構會有序地聚合，並進行

液晶取向

注2）

。研究小組認為，通過使M13噬菌體高效率聚合，形成一個有序、精密的聚合結構（圖1b），應該能高效率地進行傳熱。

水溶液乾燥後，位於邊緣的溶於水中的分子，一般會出現分子有效聚集產生咖啡環效應。研究小組把含有 M13噬菌體的水溶液在圓形載玻片上乾燥，通過病毒構築液晶薄膜，並測量了該薄膜邊緣的熱擴散率。結果顯示，雖然這是未經過共價結合的有機高分子材料，而且沒有特別地實施取向操作，但熱擴散率卻達到每秒 0.63平方毫米，這是一個可以比擬無機材料玻璃的數值（圖2）。這個數值約為無取向病毒薄膜的10倍。因此可以說，要想提高傳熱效率，並不是只要以病毒為材料製作薄膜就可以，重要的是要配合M13噬菌體高效率的液晶取向來製作薄膜。

研究小組以前製作出的病毒定向液晶薄膜，其熱擴散率，數值僅提高几十個百分點，說明並不是只要對 M13噬菌體進行液晶取向就可以獲得所需要的薄膜。

研究小組通過

小角X射線散射測量

注3）

對病毒薄膜的聚合結構進行分析發現，所有薄膜的分子級聚合結構（Packing）都相同，但對較為宏觀的結構做進一步觀察時發現，只有薄膜的邊緣具有極高的取向度（圖3）。也就是說，大範圍的有序聚合對高效傳熱至關重要。另外還證明，要想提高有機高分子材料的傳熱性，比較有效的方法是利用生物高分子表現出來的分層聚合特性。

＜參考圖＞