研究首次發現人工合成雙螺旋結構材料

一個國際研究組在開發一種高性能電池電解質聚合物凝膠時，意外地發現這種凝膠的分子竟然呈DNA那樣的雙螺旋結構，是迄今發現的最不易彎曲的分子材料之一。這使得這種材料將有遠不止作為電池電解質的應用前景。

生物細胞核DNA呈雙螺旋結構。

「這種聚合物已經存在差不多30年了，沒人發現它是雙螺旋結構。」這項研究的負責人、化學副教授Lou Madsen說，「合成材料中的雙螺旋結構還未曾聽說過。」

高剛度特性

在一種材料基礎上混合其它材料製造的複合材料有很多用途。比如輪胎，飛機機身材料都是複合材料。輪胎以橡膠為核心材料，加入其它材料增加其強度。

Madsen的研究團隊於2016年已經發現這種名為PBDT的材料與其它液態離子混合可以造出固態電池電解質。他們發現這種混合物導電性好，剛性大，性能比現有電池材料好得多。

但是他們好奇為什麼這種材料性能如此好，研究之後意外地發現了PBDT的雙螺旋結構。

雙螺旋結構在自然界中普遍存在，比如DNA的結構，其剛性好。DNA直徑約2.5納米，約50納米的長度才會彎曲，這樣算來DNA的堅挺度相當於20:1，與胡蘿蔔類似。

相比之下，PBDT的堅挺度達到1000:1，是迄今所知的剛性最好的材料之一。

PBDT的超強剛性意味著，只需很少量就能達到傳統材料的加固性能。而且，其製造過程很簡單，成本低。「如果使用傳統加固材料，大約需要加入10%才能得到所需的性能，而使用細長堅挺的PBDT，可能只需加入1%～2%就能極大提升混合物的性能。」Madsen說。

超乎想像的應用

雙螺旋結構的證實，開闊了PBDT材料作為除了電池電解質材料之外無限的潛在應用範圍，比如輕質航空航天材料。

「這種材料的應用範圍可能超乎我們的想像，」合作者之一Rui Qiao說，「現在我們有了一個新的積木塊(基礎)，隨著更多人對這種材料的了解，人們將發現它的更多新用途。將來它的用處，今天我們可能都想像不到。」

這份由美國弗吉尼亞理工大學(Virginia Tech)、北卡羅來納大學(University of North Carolina)和荷蘭阿姆斯特丹大學(University of Amsterdam)共同完成的研究，近期發表在《自然.通訊》(Nature Communications)期刊上。

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