Исследователи из Университета Коннектикута (UConn) разработали уникальный материал с использованием ДНК и стекла. Он обладает уникальным сочетанием свойств: огромной прочностью при низкой плотности и малом весе. «Для данной плотности наш материал является самым прочным из известных», - говорит Сок-У Ли, материалолог из UConn.
Прочные и легкие материалы востребованы в самых различных сферах. Из них можно делать легкие бронежилеты, улучшенные медицинские устройства, более безопасные и быстрые автомобили и самолеты. Но традиционные металлургические методики уже достигли своего предела, и материаловедам приходится прибегать к новым идеям для разработки легких высокопрочных материалов.
Ученые сообщают, что им удалось построить структуру из ДНК, а затем покрыть ее стеклом. Так они произвели очень прочный материал с очень низкой плотностью.
Стекло толщиной в несколько сотен атомов
Создать большой кусок стекла без изъянов очень сложно, потому исследователи начали с маленьких идеальных кусочков. До тех пор, пока стекло имеет толщину меньше микрометра, оно практически всегда имеет идеальную структуру, а также отличается прочностью и легкостью.
Затем команда разработала структуру самособирающейся ДНК и покрыла ее очень тонким слоем стеклоподобного материала толщиной всего в несколько сотен атомов. ДНК-скелет усиливал тонкое безупречное покрытие стекла, делая материал очень прочным, в то время как пустоты, составляющие большую часть объема материала, делали его рыхлым и легким.
В результате получились стеклянные наноструктуры, которые в четыре раза выше по прочности и в пять раз ниже по плотности, чем сталь.
«Возможность создавать спроектированные трехмерные каркасные наноматериалы с использованием ДНК и минерализовать их открывает огромные возможности для инженерных механических свойств. Но еще необходима большая исследовательская работа, прежде чем мы сможем использовать ее в качестве технологии», - говорит Олег Ганг, специалист по наноматериалам из Колумбийского университета и Центра функциональных наноматериалов Брукхейвена.
Теперь команда планирует поэкспериментировать с различными ДНК, чтобы понять, какой вариант позволит создать наиболее жесткий материал.
«Я большой поклонник фильмов “Железный человек”, и я всегда задавался вопросом, как создать лучшую броню для Железного человека. Материал должен очень надежно защищать его от атак врагов. Наш новый материал в пять раз легче, но в четыре раза прочнее стали. Так, наши стеклянные наноарки подошли бы для Железного человека лучше, чем любые другие конструкционные материалы», - говорит говорит Сок-У Ли.
Исследование опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science.
