研究首次发现人工合成双螺旋结构材料

一个国际研究组在开发一种高性能电池电解质聚合物凝胶时，意外地发现这种凝胶的分子竟然呈DNA那样的双螺旋结构，是迄今发现的最不易弯曲的分子材料之一。这使得这种材料将有远不止作为电池电解质的应用前景。

生物细胞核DNA呈双螺旋结构。

“这种聚合物已经存在差不多30年了，没人发现它是双螺旋结构。”这项研究的负责人、化学副教授Lou Madsen说，“合成材料中的双螺旋结构还未曾听说过。”

高刚度特性

在一种材料基础上混合其它材料制造的复合材料有很多用途。比如轮胎，飞机机身材料都是复合材料。轮胎以橡胶为核心材料，加入其它材料增加其强度。

Madsen的研究团队于2016年已经发现这种名为PBDT的材料与其它液态离子混合可以造出固态电池电解质。他们发现这种混合物导电性好，刚性大，性能比现有电池材料好得多。

但是他们好奇为什么这种材料性能如此好，研究之后意外地发现了PBDT的双螺旋结构。

双螺旋结构在自然界中普遍存在，比如DNA的结构，其刚性好。DNA直径约2.5纳米，约50纳米的长度才会弯曲，这样算来DNA的坚挺度相当于20:1，与胡萝卜类似。

相比之下，PBDT的坚挺度达到1000:1，是迄今所知的刚性最好的材料之一。

PBDT的超强刚性意味着，只需很少量就能达到传统材料的加固性能。而且，其制造过程很简单，成本低。“如果使用传统加固材料，大约需要加入10%才能得到所需的性能，而使用细长坚挺的PBDT，可能只需加入1%～2%就能极大提升混合物的性能。”Madsen说。

超乎想象的应用

双螺旋结构的证实，开阔了PBDT材料作为除了电池电解质材料之外无限的潜在应用范围，比如轻质航空航天材料。

“这种材料的应用范围可能超乎我们的想象，”合作者之一Rui Qiao说，“现在我们有了一个新的积木块（基础），随着更多人对这种材料的了解，人们将发现它的更多新用途。将来它的用处，今天我们可能都想象不到。”

这份由美国弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）、北卡罗来纳大学（University of North Carolina）和荷兰阿姆斯特丹大学（University of Amsterdam）共同完成的研究，近期发表在《自然.通讯》（Nature Communications）期刊上。