賓夕法尼亞州立大學工程科學與力學教授梅利克·德米雷爾（Melik Demirel）說：“自然界知道如何從小原子級發(fā)展到更大規(guī)模?！?“工程師們使用混合規(guī)則來增強性能，但僅限于單個尺度。我們從未深入到層次工程的下一個層次。關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是，從分子到整體，不同尺度上存在明顯的作用力。 ”

根據(jù)定義，復合材料由不止一種組分組成。混合規(guī)則說，雖然一種組分與另一種組分的比例可以變化，但復合材料的物理性能受到限制。根據(jù)Demirel的說法，他的團隊至少在納米級上突破了這一極限。

Demirel說：“如果您使用導電聚合物復合材料，則聚合物和金屬化合物的數(shù)量受混合物規(guī)則的限制。” “這些規(guī)則支配著有關(guān)基質(zhì)和填料的一切。我們采用了材料（一種生物聚合物和一種原子薄的導電材料），讓它們通過自組裝進行組織，打破了混合規(guī)則。”

該團隊的材料包括仿生聚合物，該仿生聚合物基于基因重復產(chǎn)生的串聯(lián)重復蛋白，并受魷魚齒齒蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)啟發(fā)，而碳化鈦MXene是導電2D材料。隨著這種層狀復合材料的自組裝，聚合物介導了MXene層之間的距離。通過基因工程串聯(lián)重復蛋白，該蛋白重復一個保守的序列，研究人員能夠控制導電MXene層的層間距離，而無需改變復合部分。研究人員的目標是利用合成生物學來創(chuàng)造自組裝材料，并對其物理特性進行前所未有的控制。

由于聚合物自組裝成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，因此聚合物基體與MXene填料之間的比例可能會在很小的區(qū)域破壞混合規(guī)則，從而改變層狀材料的電性能。研究人員在ACS Nano上的一篇論文中報告了他們的工作結(jié)果。

仿生聚合物-金屬復合物在適當?shù)谋倔w混合物中可以是柔性的，也可以是導電的。在微觀尺度上，當結(jié)構(gòu)對稱性破裂時，電導率取決于方向。Demirel說：“獨特之處在于，現(xiàn)在您可以獲得與面外電導率不同的面內(nèi)電導率?！?/span>

只要電流沿著2D材料層的平面流動，電導率就是線性的，但是如果電流流過這些層，電導率就會變成非線性的?！艾F(xiàn)在我們可以制造一個存儲設(shè)備了，” Demirel說。“我們還可以制造二極管，開關(guān)，調(diào)節(jié)器和其他電子設(shè)備。我們希望制造具有所需性能的材料，以構(gòu)建難以實現(xiàn)或以前無法實現(xiàn)的新穎功能?！?/span>