Ученые из Колумбийского университета, Университета Коннектикута и Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США создали материал, который не только прочнее стали, но и невероятно легкий. Этот революционный материал создан путем соединения двух неожиданных ингредиентов - ДНК и стекла.
Хрупкая репутация стекла
Стекло давно известно своей хрупкостью: из-за сложной архитектуры оно подвержено дефектам и загрязнениям, которые могут нарушить его прочность. Эта уязвимость часто приводит к разрушению стекла под давлением, что ограничивает возможности его применения в различных отраслях промышленности.
Использование возможностей ДНК
Дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, - это строительный блок жизни. Она несет биологическую информацию, которая указывает клеткам организмов, как формироваться, расти и размножаться. ДНК представляет собой полимер - класс материалов, включающий пластик и резину, - известный своей прочностью и эластичностью. Ученые были очарованы уникальными свойствами ДНК и провели множество экспериментов по их использованию в синтезе материалов.
Олег Ганг, материаловед из Центра функциональных наноматериалов (CFN) и профессор Колумбийского университета, находится в авангарде исследований материалов на основе ДНК. Ганг изучает возможности использования структур ДНК для создания прочных каркасов для новых материалов. Складывая ДНК в определенные формы, известные как "оригами", ученые могут создавать наноразмерные строительные блоки, которые самостоятельно собираются в четко определенные структуры с повторяющимся рисунком.
Комбинация ДНК и стекла
Опираясь на предыдущие работы, Ганг и его коллеги решили соединить ДНК со стеклом, чтобы создать материал, обладающий беспрецедентной прочностью и легкостью. Они изготовили чистую форму стекла и покрыли им специализированные фрагменты ДНК. В результате был получен материал, превосходящий по прочности сталь и остающийся при этом невероятно легким.
Потенциальные применения
Разработка такого материала, как ДНК-стекло, открывает широкие возможности для применения в технике и обороне. Уникальное сочетание прочности и легкости делает его идеальным для применения в тех областях, где снижение массы является критически важным, например, в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Кроме того, его прочность может стать отличным выбором для изготовления защитного снаряжения и брони.
Цитаты ученых и экспертов
- Олег Ганг, материаловед из CFN и профессор Колумбийского университета, сказал: "Этот прорыв в синтезе материалов способен произвести революцию в различных отраслях промышленности. Сочетание ДНК и стекла позволило получить материал, который является не только невероятно прочным, но и удивительно легким".
- Аарон Михельсон, ведущий автор исследования и постдокторант Брукхейвенской национальной лаборатории, добавил: "Самособирающаяся природа ДНК позволяет нам создавать сложные структуры с высокой точностью. Добавив в нее стекло, мы смогли повысить прочность материала, не снижая его веса".
Заключение
Открытие материала, сочетающего в себе прочность стали и легкость ДНК-стекла, открывает новые возможности в различных отраслях промышленности. Исследования, проведенные учеными Колумбийского университета, Университета Коннектикута и Брукхейвенской национальной лаборатории, открывают путь к созданию более прочных и легких материалов, которые могут произвести революцию в машиностроении и оборонной промышленности.
