研究人员在针叶树花粉中发现纳米泡沫 可用于为汽车提供动力

据外媒报道，伦敦自然历史博物馆（Natural History Museum）和法国欧洲同步辐射设施（ESRF）的科学家发现，针叶树的花粉壁上含有一种自然产生的“纳米泡沫”，其孔径不足千分之一毫米。这种以前只能人工制造的材料具有多种用途，包括开发成本更低的电动汽车电池。

（图片来源：伦敦自然历史博物馆）

研究人员选择分析针叶树花粉，是因其进化历史比开花植物的花粉更长，而且细胞壁更厚，可以有效地与该馆收藏的化石材料进行比较。该博物馆微体古生物学研究馆员Stephen Stukins博士表示：“以前，科学家从未描述过这样的生物纳米泡沫。”

为了研究这种结构，研究人员利用ESRF的ID16A光束线，通过X射线纳米断层扫描和X 射线荧光纳米成像，对花粉壁进行实验。ESRF的研究人员Alexandra Pacureanu表示：“这些技术发挥了独特的作用，使研究人员能够首次探索完整颗粒中的纳米级3D结构和天然元素组成，无需染色、树脂包埋或切片。”

研究人员分析花粉壁的特性，包括光滑度、柔韧性和化学成分，然后在现代花粉和化石花粉之间进行比较。研究数据首次揭示了一种由大自然制成的纳米泡沫结构。Stukins解释说：“这种泡沫是保护生物体遗传密码的一种适应物，帮助植物群体在过去几亿年发生的环境和气候侵袭中生存下来，例如化学和物理攻击、酸雨或紫外线辐射。”

此外，研究人员发现，花粉壁中含有大量的钙，可能像在骨骼中一样加强细胞壁。而且，古代和现代花粉的弹性范围大致相似，表明这种纳米泡沫甚至可以保持其特性超过1.65亿年。

该团队使用ESRF的原子力显微镜 (AFM)， 将花粉壁与其他天然和合成泡沫进行比较。观察显示，所有材料的机械性能都是一致的，由此证实了纳米泡沫假设。

这种纳米泡沫结构的潜在应用之一是钠离子电池。与锂离子电池类似，钠离子电池可用于电动汽车和笔记本电脑等各种产品中，而且钠储量很丰富。然而，这类电池的可充电次数远少于锂电池。花粉壁的纳米泡沫结构，有助于提高钠电池的效率。该馆微体古生物学研究馆员Giles Miller表示：“在碳负极中采用这种泡沫结构，能够保留部分钠离子，使电池更高效地运行。”

这种纳米泡沫还可能用于纳米级混合材料和绝缘应用。

该项研究将有助于科学界以花粉为模板来设计仿生材料。该团队将进一步了解这种泡沫在花粉中起到的确切作用，以及为什么有些花粉中含有纳米泡沫，其他植物却没有等。