Algunas veces, romper las reglas no es algo malo. Especialmente cuando las reglas son leyes aparentes de la naturaleza que se aplican al material a granel, pero otras fuerzas aparecen en la nanoescala.

"La naturaleza sabe pasar de lo pequeño, escala atómica a escalas mayores, "dijo Melik Demirel, profesor de ingeniería y mecánica y titular de la Cátedra Lloyd and Dorothy Foehr Huck de Materiales Biomiméticos. "Los ingenieros han utilizado reglas de mezcla para mejorar las propiedades, pero se han limitado a una sola escala. Nunca hemos bajado al siguiente nivel de ingeniería jerárquica. El desafío clave es que existen fuerzas aparentes a diferentes escalas, desde las moléculas hasta la masa ".

Composicion, por definición, se componen de más de un componente. Las reglas de mezcla dicen que mientras que las proporciones de un componente a otro pueden variar, hay un límite en las propiedades físicas del compuesto. Según Demirel, su equipo ha roto ese límite, al menos en la nanoescala.

"Si tiene un compuesto de polímero conductor, las cantidades de compuesto de polímero y metal están limitadas por la regla de las mezclas, "dijo Demirel." Las reglas gobiernan todo lo relacionado con la matriz y el relleno. Tomamos materiales, un biopolímero y un material conductor atómicamente delgado, los dejamos organizar por autoensamblaje, y rompió la regla de las mezclas ".

Los materiales del equipo están compuestos por un polímero biomimético basado en proteínas repetidas en tándem producidas por duplicación de genes e inspiradas en la estructura de las proteínas de los dientes de los calamares. y conducción de carburo de titanio 2-D MXene, una capa de metal de sólo unas pocas moléculas de espesor. Este compuesto en capas se autoensambla y el polímero media la distancia entre las capas de metal. Mediante el uso de la ingeniería genética de proteínas repetidas en tándem, un biopolímero que repite una secuencia conservada, los investigadores pueden controlar la distancia entre capas de las capas conductoras sin cambiar las fracciones compuestas. El objetivo de los investigadores es crear materiales de autoensamblaje con un control sin precedentes sobre sus propiedades físicas utilizando biología sintética.

Debido a que el polímero se autoensambla en una red reticulada, las proporciones de matriz a relleno en áreas pequeñas pueden romper las reglas de mezcla, y las propiedades eléctricas del material en capas cambian. Los investigadores informan los resultados de su trabajo en un número reciente de ACS Nano .

Este compuesto de polímero metálico biomimético puede ser flexible y conductor en las mezclas a granel adecuadas. A escala microscópica, cuando se rompe la simetría estructural, la conductividad eléctrica depende de la dirección.

"Lo que es único es que ahora puede obtener una conductividad eléctrica en el plano que difiera de la conductividad fuera del plano, "dijo Demirel.

Siempre que la corriente vaya a lo largo del plano de las capas de material 2-D, la conductividad es lineal, pero si la corriente se dirige a través de las capas, la conductividad se vuelve no lineal.

"Ahora podemos hacer un dispositivo de almacenamiento, ", dijo Demirel." También podríamos hacer diodos, interruptores reguladores y otros dispositivos electrónicos. Queremos fabricar materiales que estén diseñados con las propiedades deseadas para construir funcionalidades novedosas, que son difíciles de lograr o previamente inalcanzables ".