发现碳酸钙晶体如何获得强度

　　碳酸钙可以在许多东西中找到，从白垩、软体动物贝壳、岩石到珍珠、蛋壳和煤球。这种化合物的强度各不相同。太平洋西北国家实验室(PNNL)的材料科学家正在研究是什么赋予碳酸钙晶体强度。

　　发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的科学家们发现，通过化学反应将软性生物物质团块并入晶体中的原子，有助于增强材料的强度。通过研究这种天然材料形成的机理，科学家们希望开发出一种新材料，以实现可持续能源的未来。

　　“一种材料的强度取决于它破坏其底层晶体基质的容易程度。如果一种材料被压缩，那么它就会变得更难将基体分解。捕获在碳酸钙晶体中的蛋白质在晶体结构中产生一种压缩力或应变。“与导致肌肉酸痛的压力不同，这种压力对材料很有帮助，因为它使破坏底层晶体结构变得更加困难，从而增加了强度。”

　　研究小组利用原子力显微镜观察了碳酸钙是如何将蛋白质和其他有力量的粒子整合到其结构中的。在实验中，他们使用了碳酸钙的浓度，碳酸钙自然形成结晶矿物方解石。方解石在形成过程中会形成不平整的表面，如实验室描述的那样，形成一系列台阶和梯田。有机分子的球体，称为胶束，被添加作为夹杂物材料。

　　科学家们观察到这些胶束并不是随机分布在碳酸钙上的。相反，他们粘在台阶边缘，“台阶边缘有露台没有的化学成分，”太平洋西北实验室的材料科学家吉姆德约罗(Jim De Yoreo)说。“这些额外的悬空键是胶束可以相互作用的。”

　　胶束随后被形成的晶体包裹。根据PNNL的说法，一项数学模拟证实了胶束被压缩得像弹簧一样，造成了“胶束之间晶格的应变，从而提高了机械强度”。

　　根据德·约罗的说法，这项新工作可能会为科学家提供一些想法，比如如何将二氧化碳储存在有用的材料中，或者如何将光敏粒子并入晶体中，用于太阳能的应用。