Новости

Jul 05, 2023

Ученые создали новый материал, который в пять раз легче и в четыре раза прочнее стали

Автор: Университет Коннектикута, 31 июля 2023 г. Исследователи из Университета Коннектикута и его коллеги создали очень прочный и легкий материал, структурировав ДНК, а затем покрыв ее слоем

Университет Коннектикута, 31 июля 2023 г.

Исследователи из Университета Коннектикута и их коллеги создали очень прочный и легкий материал, структурировав ДНК и затем покрыв ее стеклом. Полученный продукт, характеризующийся нанорешетчатой ​​структурой, демонстрирует уникальное сочетание прочности и низкой плотности, что делает его потенциально полезным в таких областях, как производство автомобилей и бронежилетов. (Концепция художника.)

Materials possessing both strength and lightness have the potential to enhance everything from automobiles to body armor. But usually, the two qualities are mutually exclusive. However, researchers at the University of Connecticut, along with their collaborators, have now crafted an incredibly strong yet lightweight material. Surprisingly, they achieved this using two unexpected building blocks: DNADNA, or deoxyribonucleic acid, is a molecule composed of two long strands of nucleotides that coil around each other to form a double helix. It is the hereditary material in humans and almost all other organisms that carries genetic instructions for development, functioning, growth, and reproduction. Nearly every cell in a person’s body has the same DNA. Most DNA is located in the cell nucleus (where it is called nuclear DNA), but a small amount of DNA can also be found in the mitochondria (where it is called mitochondrial DNA or mtDNA)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">ДНК и стекло.

“For the given density, our material is the strongest known,” says Seok-Woo Lee, a materials scientist at UConn. Lee and colleagues from UConn, Columbia University, and Brookhaven National Lab report the details on July 19 in Cell Reports<em>Cell Reports</em> is a peer-reviewed scientific journal that published research papers that report new biological insight across a broad range of disciplines within the life sciences. Established in 2012, it is the first open access journal published by Cell Press, an imprint of Elsevier." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Отчеты о клетках Физические науки.

Сила относительна. Железо, например, выдерживает давление 7 тонн на квадратный сантиметр. Но он также очень плотный и тяжелый, его вес составляет 7,8 грамма на кубический сантиметр. Другие металлы, например титан, прочнее и легче железа. А некоторые сплавы, сочетающие в себе несколько элементов, еще прочнее. Прочные и легкие материалы позволили создать легкие бронежилеты, улучшить медицинские устройства и сделать автомобили и самолеты более безопасными и быстрыми.

Ученые-материаловеды из Калифорнийского университета в Коннектикуте и Брукхейвенской национальной лаборатории создали исключительно прочный и легкий материал из ДНК и стекла. Серия изображений вверху (А) показывает, как скелет структуры собирается из ДНК, а затем покрывается стеклом. (B) показывает изображение материала, полученное с помощью трансмиссионного электронного микроскопа, а (C) показывает его изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, при этом две правые панели увеличивают изображение деталей в разных масштабах. Предоставлено: Университет Коннектикута.

Например, самый простой способ увеличить запас хода электромобиля — не увеличивать аккумулятор, а сделать легче сам автомобиль, не жертвуя при этом безопасностью и сроком службы. Но в последние годы традиционные металлургические методы достигли предела, и ученым-материаловедам пришлось проявить еще больше творчества для разработки новых легких, высокопрочных материалов.

Теперь Ли и его коллеги сообщают, что, построив структуру из ДНК и затем покрыв ее стеклом, они создали очень прочный материал с очень низкой плотностью. Стекло может показаться неожиданным выбором, поскольку оно легко разбивается. Однако стекло обычно разбивается из-за дефекта – например, трещины, царапины или отсутствия атомов – в его структуре. Безупречный кубический сантиметр стекла может выдержать давление в 10 тонн, что более чем в три раза превышает давление, которое взорвало подводный аппарат Oceangate Titan возле Титаника в прошлом месяце.