《利用膠原蛋白的逆向生物礦化機理合成新型超材料》是依託南京理工大學，由孫銘擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：利用膠原蛋白的逆向生物礦化機理合成新型超材料
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫銘
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米科技的興起顛覆了人們對傳統材料的認識觀，吸引了大量優秀科學家在介觀尺度上的基礎研究，各種新型材料不斷地被開發出來。在這片嶄新的領域裡，超材料（Metamaterial）的研究是最引人注目也極具市場潛力的。超材料通常是一類在介觀/巨觀尺度上有規則重複結構的人工複合材料。取決於其人工結構而不是其組成材料的本徵特性，超材料能獲得自然界的天然物質所不具備的超常理化性質，譬如對微波雷達隱形等。近年來對超材料研究主要是集中在微波範圍內超常電磁性質的獲得，這很大程度上局限於材料加工能力，因為超材料的基元結構與電磁波波長要適度匹配。為了將類似工作原理的超材料延伸到短波段領域，譬如紅外/可見波段，構造介觀尺度上的基元結構至關重要。本課題的目的就是利用膠原蛋白在無機晶體上自組裝的逆向生物礦化原理來構架新型的尺度可調的超材料骨架，並期待該新材料能取得突破，在紅外/可見波段獲得負折射率等超材料性能。
結題摘要
本項目的前期研究主要集中在實驗室人工合成類膠原蛋白單體的工作上，力圖克服當前光學超材料在介觀尺度上加工難的問題，使合成的類膠原蛋白單體通過自組裝方式來構造超材料的陣列結構。經過兩年的實踐嘗試，人工合成的類膠原蛋白單體性能與預期有較大差別，未能在基質襯底上通過自組裝形成預期的膠原蛋白納米線陣列。於是，我們調整了計畫，改用天然I型膠原蛋白單體為原料，嘗試其在不同的基質襯底，天然雲母（mica, 2M1 muscovite）、鍍金雲母和單晶矽片上自組裝形成納米線陣列來構造超材料的骨架結構，並與Ag納米線，二氧化矽， 石墨烯以及二硫化鎢等多種金屬、非金屬和半導體材料共混來製備新型的膜層光電材料。根據實驗結果，唯有二硫化鎢在天然雲母基質上能較好地受膠原蛋白納米線陣列的歸導形成二維的單層過渡族金屬硫化物（TMDC）薄膜材料，在負折射率超材料、柔性光電器件以及谷電子和自旋電子器件領域可能具有重要套用前景。另外，我們以雲母晶體的（001）晶面為基質，以天然I型鼠尾膠原蛋白單體溶液為原料，分別考察了蛋白單體受基質規導進行“自下而上”的自組裝過程，以及原子力顯微鏡探針對吸附在基質表面的蛋白膜層進行“自上而下”加工過程，並從理論上推導出“自下而上”製備方法利用了蛋白單體和基質晶體在界面上互相識別並規範的“反相生物礦化”原理，“自上而下”的加工利用了原子力顯微鏡接觸模式下探針的“分子掃帚”機理。最後，我們將原材料選擇拓寬到當前材料研究熱點，大π鍵共軛的複雜多環芳香烴類化合物上，對其光電性質進行了前期的實驗探討。而且我們對目標材料光學增益的雷射特性、雙折射特性等光電性質進行了多種理論模擬計算，為將來測試材料的光電套用特性積累參考資料，為加快材料的套用轉化打下良好理論基礎。
