Las proteínas inspiradas en el calamar pueden actuar como ensambladores programables de materiales 2D, como el óxido de grafeno, para formar materiales híbridos con un espaciado mínimo entre capas adecuado para dispositivos de alta eficiencia, incluida la electrónica flexible, sistemas de almacenamiento de energía y actuadores mecánicos, según un equipo interdisciplinario de investigadores de Penn State.

"Los materiales en capas 2D se pueden fabricar mediante deposición al vacío (vapor químico), "dijo Melik C. Demirel, Pierce Development Professor y profesor de ingeniería y mecánica. "Pero el proceso es caro y lleva mucho tiempo. Con la deposición de vapor químico, el problema también es que no podemos escalar".

Los materiales como el óxido de grafeno están compuestos por capas únicas de moléculas conectadas en un plano. Si bien el largo y ancho de la hoja puede ser cualquier cosa, la altura es solo la de una molécula. Para hacer compuestos y dispositivos utilizables, Los materiales 2D deben apilarse en pilas de hojas idénticas o en combinaciones de hojas de diferente composición apiladas según las especificaciones. Junto a Mauricio Terrones, profesor de física, ciencia e ingeniería química y de los materiales, y director del Centro Atómico 2D, Penn State, Demirel y su equipo están estudiando la posibilidad de apilar láminas de materiales idénticos utilizando un enfoque solvente que se autoensambla.

"Usando el enfoque de solvente, las moléculas se autoensamblan, autocurativo y flexible, ", dijo Demirel." Actualmente estamos apilando capas idénticas, pero no tienen que ser iguales ".

Para hacer estos compuestos moleculares usando tecnología solvente, los investigadores combinaron las láminas de óxido de grafeno con polímeros sintéticos modelados según las proteínas que se encuentran en los dientes de los calamares. Un extremo de la hebra de proteína se adhiere al borde de una hoja de óxido de grafeno y el otro extremo se adhiere al borde de otra hoja de dióxido de grafeno. Las láminas de óxido de grafeno se autoensamblan para apilarse con proteínas que unen los bordes de las láminas. La longitud de estas proteínas repetidas en tándem, su peso molecular, determina la distancia entre las hojas.

"Hasta ahora, nadie ha podido apilar capas compuestas a menos de 1 nanómetro, ", dijo Demirel." Podemos apilarlos con precisión atomística con 0.4, Resolución de 0,6 o 0,9 nanómetros eligiendo el peso molecular correcto de la misma proteína. Respectivamente."

Los investigadores probaron la capacidad de este material para fabricar pequeños dispositivos mediante la creación de actuadores térmicos bimorfos. Un activador bimorfo es una pequeña pieza de material hecha de dos capas diferentes y colocada perpendicular a una superficie. Cuando se activa, generalmente por una corriente eléctrica, el actuador bimorfo se dobla desde la perpendicular.

Los investigadores informan en la edición de julio de Carbón que "estos nuevos actuadores bimorfos compuestos moleculares pueden facilitar la actuación térmica a voltajes tan bajos como aproximadamente 2 voltios, y cuentan con eficiencias energéticas 18 veces mejores que los actuadores bimorfos normales ensamblados con óxido de grafeno a granel y películas repetidas en tándem. “Creen que las proteínas de mayor peso molecular podrían alcanzar desplazamientos mucho mayores.