Profesor Ziqi Sun život je posvetio oponašanju strukturnih i optičkih svojstava prirodnih objekata kao što su školjke, riblje ljuske ili oči muha kako bi razvio održiva energetska rješenja. Za svoj posljednji projekt inspiraciju je pronašao u bambusima koji rastu u Gradskom botaničkom vrtu u Brisbaneu.

Napredni funkcionalni materijali

Profesor Sun i njegov tim istraživača upravo su objavili rezultate svojih istraživanja o naprednim funkcionalnim materijalima, nadahnutih višeslojnom membranom unutar stabljike bambusa. Membrana, ne deblja od komada papira, omogućava ultrabrzi transport vode i hranjivih tvari kroz bambus koji raste brzinom od oko 40 mm na sat. Membrana se sastoji od slojeva porozne strukture.

Profesora Suna zanimalo je zašto bambusi imaju ove membrane; one sigurno ne služe za ukras nego imaju neku funkciju. I upravo ta jedinstvena struktura i njezina funkcija bili su predmet proučavanja.

"Membrana je najvažnija komponenta u uređajima za pohranu energije i bilo bi dobro kad bismo mogli pronaći potencijalnog kandidata za skladištenje energije, učeći iz odnosa između strukture membrane i specifične funkcije", kažu istraživači koji su otkrili da ova višeslojna međuslojna struktura omogućuje vodi i elektrolitima da kroz bambus putuju na dva načina.

Slojevita struktura

Unutarnja slojevita struktura, s ograničenim razmakom, omogućuje "hiperfluidno" putovanje tekućine i elektrolita, što znači da tekućina vrlo brzo putuje kroz biljku. Vanjski sloj, s više prostora između razina, omogućava brže raspršivanje tekućine kroz strukturu.

Ovaj istraživački projekt nadovezuje se na prethodni rad o prednostima super tankih, dvodimenzionalnih nanomaterijala za vrlo brz transport iona kroz bateriju.

"Priroda nas je naučila kako dizajnirati s ovakvim dvodimenzionalnim materijalima i kako će višerazinska raspodjela prostora biti mnogo korisnija za baterije visokih performansi", kaže profesor Sun.

Znanstvenici su razvili membranu koja imitirala strukturu prirodne verzije, koristeći slojeve "nanofiltera" oksida kobalta i grafena, pojedinačno 100.000 puta tanjih od ljudske kose. Bioinspirirana membrana, promjera 50 mm i debljine nekoliko desetaka mikrometara, sastavljena je od tisuća slojeva. 

Supermorko ponašanje 

Istraživači su membrane ugradili u litij-ionske baterije kako bi ispitali njihovu sposobnost transporta iona. Rezultati su nadmašili ostale materijale koji se obično koriste za elektrode u baterijama.

Ispitali su i sposobnost vlaženja membrane, odnosno sposobnost tekućine da zadrži kontakt s čvrstom površinom i ustanovili kako bioinspirirane membrane pokazuju supermokro ponašanje prema organskom elektrolitu. To znači da nije postojala prepreka za kontakt i ulazak elektrolita s površine u unutarnju membranu.

"Studija ukazuje na novi način projektiranja energetskih materijala visokih performansi", kaže profesor Sun koji nastavlja sa svojim eksperimentima u kojima se principi iz prirode preslikavaju na umjetne materijale.