“陶瓷基生物复合材料的合成与性能”
2021年7月27日；下午12点MST
主办的科罗拉多区，本次网络研讨会由David Kisailus教授主持，介绍了开发具有高强度和韧性的多功能轻质材料的日益增长的需求。
人们越来越需要开发高强度、高韧性的多功能轻质材料。自然系统已经进化出有效的策略，以众多动物和植物物种的生物组织为例，从有限的可用起始材料中合成和构建复合材料，这些材料通常表现出类似且通常优于，许多工程材料表现出的机械性能。这些生物系统通过建立由纳米到微米尺度的建筑模块的受控合成和分级组装，完成了这一壮举。这种受控的合成和组装需要有机材料，用于将矿物前体运输到有机支架上，这样不仅可以精确地指导矿物的形成和相发展，还可以显著改善其他脆性材料的机械性能。
在这项工作中，我们研究了利用数亿年的进化变化而衍生出陶瓷结构的生物，这些结构不仅坚固和坚韧，而且具有抗冲击和耐磨性能。所有这些都是由底层的有机-无机成分控制的。我们讨论了石鳖(chitons[1-6]，一组以藻类为食的坚硬底物为食的细长软体动物)重结晶的齿状齿的成核、生长和随后的相转变。我们还讨论了一种结构良好的纳米复合涂层，该涂层由羟基磷灰石和有机基质组成，在高速率影响下提供了特殊的损伤缓解。通过对这些独特生物的合成-结构-性能关系的研究，我们正在开发和制造用于能量转换和存储的多功能工程材料。
[1]. “隐甲壳动物牙齿生物矿化分子机制的综合转录组学和蛋白质组学分析”，M.Nemoto等人，《科学报告》，9（2019），856。
［2］．石鳖牙齿中氧化铁生物矿化的结构和蛋白质组学分析。53 - 73页。见:生物磁性材料及其应用，松永，田中，基塞勒斯，编。，施普林格，(2018)53-73。
[3]. “生物矿化棒状微观结构耐磨性行为中的竞争机制”，E.Escobar de Obaldia等人，《固体力学与物理杂志》，96（2016）511-534。
［4］．L.K. Grunenfelder et al.， Adv. Funct.“stelleri隐壳齿齿内定向纳米结构的应力和损伤缓解”。板牙。， 24(2014) 6093-6104。
[5]. 隐甲壳动物齿突齿中的相变和结构发展，”Q.Wang，M.Nemoto，et al.，Adv.Funct。材料，23（2013）2908-2917。
[6]. “甲壳动物牙齿中超硬磁性生物矿物的分析”，J.Weaver，QQ。王等人，《今日材料》，13（2010）42-52。
[7] “抗自然冲击的双连续复合纳米颗粒涂层”，W.Huang等人，《自然材料》，9（11）（2020）1236-1243。
[8]. “电催化掺氮石墨纳米纤维-金属/金属氧化物纳米颗粒复合材料”，H.Tang等人，Small，14
讲师传记
David Kisailus是加州大学欧文分校材料科学与工程系的Henry Samueli卓越教授。Kisailus教授，美国国家科学院Kavli研究员，联合国教科文组织能源转换、节约和储存材料与技术(MATECSS)主席，2002年获得加州大学圣巴巴拉分校(University of California at Santa Barbara)材料科学博士学位，佛罗里达大学材料科学硕士学位，德雷克塞尔大学化学工程学士学位。博士毕业后，他被任命为加州大学圣巴巴拉分校合作生物技术研究所博士后研究员。之后，他在HRL实验室担任研究科学家，然后加入加州大学担任教员。
他目前是一个多大学研究计划(MURI)的主任和首席PI。他的研究集中在两个互补的领域:仿生学和仿生材料合成。他的实验室:“仿生和纳米结构材料实验室”研究生物复合材料的基本合成-结构-性能关系，以发展多功能轻型，开发/利用基于解决方案的工艺来合成用于能源应用的纳米级材料。最终目标是能够利用自然的经验来开发下一代能源转换和存储以及环境应用材料。在《Science》、《ACS Nano》、《Advanced Materials》、《adv.funct》等期刊发表论文100余篇。Matls, Crystal Growth & Design, Langmuir, Materials Today, PNAS, JACS。他还获得了12项专利(超过25项正在申请中)。他的研究被《自然》、《纽约时报》、《洛杉矶时报》、《国家地理》、《探索频道》和英国广播公司等知名媒体报道。
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