美国加州大学伯恩斯工程学院助理教授David Kisailus正从生长于加州海岸的石鳖牙齿中制造一种成本更低效率更高的纳米级材料，以提高太阳能电池与锂离子电池的效率。

　　化学与环境工程学院的助理教授David Kisailus近期的研究论文详细介绍了石鳖牙齿的成长过程。该论文发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）杂志。联合作者中有他当前与曾经的学生以及哈佛大学、查普曼大学（Chapman University）与美国能源部布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）旗下的科学家。

　　该论文的重点研究对象为橡胶靴石鳖，这种石鳖在石鳖类群中体形最大，可达一英尺长。它们生长于纵横加州中部与阿拉斯加（Alaska）州的太平洋。这类石鳖皮肤类似皮革，通常为红褐色，偶尔也呈橘红色。基于此，人们给它起了一个昵称：流浪的肉饼。

　　随着历史的演变，石鳖逐渐进化，通过一种名为“radula”的专业尖锐**来吃生长于石头表面或内部夹缝的海藻。这个radula是位于石鳖嘴中类似传送带结构的牙齿（约70至80排）。在进食过程中，石鳖第一排牙齿用于磨碎石头以触及海藻。当这排牙齿变得破损，新牙齿就随即长出。当破损牙齿“光荣献身”之后，新长出的牙齿进入“战争前线”以同样的速度继续“奋战”。

　　Kisailus于五年前开始研究石鳖，因为他对耐磨性与耐冲击性材料非常感兴趣。他运用自然的灵感来设计下一代工程产品与材料。他曾确定石鳖的牙齿中含有地球上最坚硬的生物矿物：磁铁矿（主要成分为四氧化三铁）。正是这一物质令石鳖的牙齿异常坚固，并且带有磁性。

　　在刚发布的名为《石鳖牙齿中的相变与结构发展》论文中，Kisailus着手研究石鳖牙齿的坚固程度以及齿形外部区域的磁场效应。

　　他的论文通过三个步骤对此做出研究。首先，论文对位于纤维状壳质有机模版上的水化铁氧化物（水铁矿）晶体核做出研究。然后，这些纳米晶体水铁矿粒子通过固态相变转换为磁性氧化铁（俗称磁铁矿）。最后，磁铁矿颗粒沿着有机纤维生长，在成熟的牙齿中产生平行棒，以使牙齿坚固。

　　Kisailus表示：“整个过程均在室温以及环保环境下发生，这点难以置信。这令运用类似战略以成本效率的方式生产纳米材料变得吸引力十足。”

　　Kisailus从这一生物矿化途径中吸取灵感，尝试在实验室中将之运用进太阳能电池与锂离子电池中。通过控制晶体的尺寸、形状以及工程纳米材料的方位，Kisailus认为他可以建造令太阳能电池与锂离子电池运作效率更高的材料。

　　换句话说，太阳能电池能够捕捉更大比例的太阳光，并且以更大的效率将之转换为电力，而锂离子电池则可以消耗更少的时间进行充电。

　　Kisailus还表示，使用石鳖牙齿模式还有另一个优势。由于工程纳米晶体可在更低的温度下生长，那么制造成本能够得以大幅削减。

　　虽然Kisailus的研究重心在太阳能电池与锂离子电池上，但同样的科技亦可运用于很多材料之中。例如汽车与飞机的制造材料以及耐磨性服装。此外，了解石鳖牙齿的形成与性质还有助于为石油钻头与牙科钻头创建更佳的设计参数。

　　注：David Kisailus发表于《先进功能材料》杂志上的论文联合作者分别为：Qianqian Wang、Michiko Nemoto、DongshengLi、Garrett W.Milliron、Brian Weden、Lesli R.Wood（前五位联名作者均为U Riverside在读学生）、JamesC.Weaver（Kisailus的学生，目前任职于哈佛大学）、John Stegemeier、Christopher S.Kim（这两位任职于查普曼大学）以及ElaineDiMasi（任职于布鲁克海文国家实验室）。