Вчені створили новий матеріал, який у п’ять разів легше і в чотири рази міцніше за сталь
Дослідники з Університету Коннектикуту створили дуже міцний та легкий матеріал, структурувавши ДНК і покривши їх нанопрошарком скла. Отриманий продукт, який має структуру нанорешітки, демонструє унікальне поєднання міцності та низької щільності, що робить його потенційно корисним у багатьох сферах застосування. Про це пише SciTechDaily.
Спочатку команда науковців створила структуру самозбірної ДНК, у який шматки ДНК певної довжини та хімічного складу об’єднуються у скелет матеріалу. Потім покрили ДНК дуже тонким шаром склоподібного матеріалу товщиною лише у декілька сотень атомів. Скло лише покриває нитки ДНК, залишаючи велику частину об’єму порожнім, що допомагає знизити щільність матеріалу, тобто у майбутньому масу готових речей.
Скло може здатися дуже нелогічним вибором для надтвердого матеріалу, оскільки звичайне, знайоме нам побутове скло легко б’ється. Однак це відбувається тому, що ми не вміємо виготовляти дійсно великі шматки скла без недоліків у його структурі, тріщин, подряпин або порожнин. У той час як невеличкі шматочки скла можна зробити бездоганними, а наношматочки майже завжди мають бездоганну структуру. А ось такий бездоганний кубічний сантиметр скла може витримати тиск у 10 тонн, що більш ніж утричі перевищує тиск, який знищив підводний апарат Oceangate Titan у червні 2023 р.
ДНК-скелет, зміцнений надтонким шаром бездоганного скла, зробив новий матеріал дуже міцним, а порожнечі, що становлять більшу частину об’єму матеріалу, зробили його легким. У результаті скляні нанорешіткові структури у чотири рази міцніше, але в п’ять разів менші за щільністю, ніж сталь. Таке незвичайне поєднання малої ваги та високої міцності спостерігається уперше.
«Можливість створювати попередньо розроблені 3D-каркасні наноматеріали з використанням ДНК та мінералізувати їх відкриває величезні можливості для отримання цікавих механічних властивостей. Але потрібно виконати ще багато дослідницької роботи, перш ніж ми зможемо використовувати цю технологію», – каже Олег Ганг, один з винахідників нового матеріалу.
Наразі команда працює з тією самою структурою ДНК, але замінює скло на ще міцнішу карбідну кераміку. Вони планують експериментувати з різними структурами ДНК, щоб побачити, яка структура зробить матеріал найміцнішим. Майбутні матеріали, засновані на цій самій концепції, мають великі перспективи як енергозберігаючі матеріали для транспортних засобів та інших пристроїв, які вимагають міцності та легкість. Сок-Ву Лі, ще один з науковців цього проєкту, вважає, що наноархітектура ДНК-орігамі відкриє шлях для створення нових легших і міцніших матеріалів, які ми раніше навіть не уявляли.