Cercetătorii de la Universitatea din Connecticut, împreună cu colaboratorii lor, au creat acum un material incredibil de puternic, dar ușor. În mod surprinzător, au reușit acest lucru folosind două blocuri de construcție neașteptate: ADN și sticlă.
Cercetătorii americani au dezvoltat un material extrem de puternic, dar foarte ușor, construind o structură în care au folosit ADN pe care au acoperit-o apoi cu sticlă.
Materialul inventat de ei ar putea îmbunătăți totul, de la automobile, până la armături, relatează Scitechdaily.
„Pentru densitatea dată, materialul nostru este cel mai puternic creat până acum”, spune Seok-Woo Lee, om de știință în materiale la UConn. Lee și colegii lui de la UConn, Universitatea Columbia și Brookhaven National Lab au explicat totul. Forța este relativă. Fierul, de exemplu, poate suporta 7 tone de presiune pe centimetru pătrat. Dar este și foarte dens și greu, cântărind 7,8 grame/centimetru cub.
Alte metale, cum ar fi titanul, sunt mai puternice și mai ușoare decât fierul. Anumite aliaje, care combină mai multe elemente, sunt și mai puternice. Materialele puternice și ușoare au permis crearea unor armături ușoare, dispozitive medicale mai bune și au construit mașini și avioane mai sigure și mai rapide.
Cel mai simplu mod de a extinde autonomia unui vehicul electric, de exemplu, nu este să creșteți puterea bateriei, ci mai degrabă să faceți vehiculul în sine mai ușor, fără a sacrifica siguranța și durata de viață. Tehnicile metalurgice tradiționale au atins o limită în ultimii ani, iar oamenii de știință au fost nevoiți să devină și mai creativi pentru a dezvolta noi materiale ușoare de înaltă rezistență.
O structură din ADN, acoperită apoi cu sticlă
Lee și colegii susțin acum că, construind o structură din ADN și apoi acoperind-o cu sticlă, au creat un material foarte puternic, cu densitate foarte scăzută. Sticla ar putea părea o alegere surprinzătoare, deoarece se sparge ușor. Cu toate acestea, sticla se sparge de obicei din cauza unui defect – cum ar fi o fisură, zgârietură sau atomi lipsă – din structura sa.
Un centimetru cub impecabil de sticlă poate rezista la 10 tone de presiune, de peste trei ori presiunea la care a explodat submersibilul Oceangate Titan, lângă Titanic, luna trecută. Deși este foarte dificil să creezi o bucată mare de sticlă fără defecte, cercetătorii au știut să realizeze bucăți foarte mici, fără niciun cusur.
Deoarece densitatea sticlei este mult mai mică decât a metalelor și a ceramicii, orice structură din sticlă de dimensiuni nanometrice, fără cusur, ar trebui să fie puternică și ușoară. Echipa a creat o structură de ADN auto-asamblat.
Segmente de ADN de lungimi și chimie specifice s-au împreunat într-un schelet al materialului. Imaginați-vă cadrul unei case sau al unei clădiri, dar din ADN. Oleg Gang și Aaron Mickelson, oameni de știință în nanomateriale la Universitatea Columbia și Centrul pentru Nanomateriale Funcționale de la Brookhaven, au acoperit apoi ADN-ul cu un strat foarte subțire de material asemănător sticlei, de doar câteva sute de atomi grosime. Sticla a acoperit firele de ADN, lăsând o mare parte din volumul materialului ca spațiu gol, precum camerele dintr-o casă.
Scheletul ADN a întărit stratul subțire și impecabil de sticlă, făcând materialul foarte puternic
Scheletul ADN a întărit stratul subțire și impecabil de sticlă, făcând materialul foarte puternic, iar golurile care cuprind cea mai mare parte din volumul materialului l-au făcut ușor. Ca rezultat, structurile nanolatice de sticlă sunt de patru ori mai mari ca rezistență, dar de cinci ori mai mici ca densitate decât oțelul. Această combinație neobișnuită de ușoară și cu rezistență ridicată nu s-a mai întâlnit.
„Abilitatea de a crea nanomateriale cadru 3D proiectate folosind ADN și de a le mineraliza deschide oportunități enorme pentru ingineria mecanică. Este nevoie de multă muncă de cercetare înainte de a o putea folosi ca tehnologie”, spune Gang.