Междисциплинарный коллектив исследователей Пенсильванского университета (Penn State) показал, что органические молекулы, устроенные по подобию белков кальмара, могут действовать как программируемые сборщики. Из 2D-материалов, таких как оксид графена, они способны формировать гибридные многослойные структуры, пригодные для использования в энергоэффективных устройствах гибкой электроники, в системах хранения энергии и в механических актуаторах.

В сравнении с практикуемым сегодня изготовлением слоистых композитов из 2D-материалов химическим осаждением в вакууме, самосборка в растворе намного дешевле, гораздо проще масштабируется и занимает меньше времени.

При изготовлении молекулярных композитов авторы скомбинировали фрагменты графенового оксида с полимерами, синтезированными по образу белков, обнаруженных в круговых зубцах присосок кальмара. Своими концами белковая цепочка крепилась к краю двух разных листов двуокиси графена.

Молекулярный вес этих протеинов определяет расстояние между слоями графенового оксида после завершения самосборки.

Прежде никому не удавалось размещать слои с интервалом менее нанометра, однако в этой работе зазор между соседними 2D-плоскостями достигал 0,4, 0,6 и 0,9 нм.

В качестве концептуальной демонстрации, новый процесс применили для изготовления биморфных термальных актуаторов. Эти миниатюрные устройства состоят из двух разных слоёв и устанавливаются перпендикулярно поверхности. При активации, обычно, электрическим током, биморфный актуатор сгибается, отклоняясь от перпендикулярного положения.

В статье для июльского выпуска журнала Carbon, ученые Penn State сообщили, что эти устройства по эффективности использования энергии превосходят в 18 раз биморфные актуаторы, собранные из объёмного оксида графена и плёнок тандемно повторяющихся белковых молекул.