科学家研发出比钢更轻更坚固的新材料

DNA结构示意图。（Shutterstock）

通过使用DNA和玻璃以非传统方式进行融合，研究人员制造出了一种令人印象深刻的材料，虽然目前尚不能实际应用，但它比钢更坚固、且更轻。这种新技术具有巨大的科学应用潜力。

“对于目前的密度而言，我们的材料是已知最强的，”康涅狄格大学的材料科学家李锡佑（Seok-Woo Lee，音译） 在一份声明中说。他也是7月19日发表在《细胞报告·物理科学》（ Cell Reports Physical Science）期刊上的研究论文的合著者之一。

这种异常坚固的材料使用了称为“玻璃纳米晶格”的结构，李相信这一发现将为用类似结构制造更坚固的材料奠定基础。

为了创造一种坚固且轻质的材料，科学家们必须跳出框框思考。像铁这样的普通材料，一般可以承受每平方厘米七吨的压力，但也非常重，一立方英尺重达400磅以上。

钢是一项显着的改进，它把铁与碳相结合，以大致相同的重量制造出更坚固的金属。但如果你想要更轻的东西，该怎么办?比如作为防弹衣支架结构的材料克维拉（Kevlar）纤维，其强度是钢的五倍。

而在新的研究中，科学家使用了一种尖端技术，该技术利用具有自行组装能力的DNA，将它们扣在一起形成化学骨架。然后将这种DNA结构包裹在一层只有数百个原子厚、类似玻璃的材料中——换句话说，薄得难以察觉。

使用玻璃这类易碎材料来达到此目的似乎有悖常理，但研究人员表示，玻璃容易破碎的主要原因是其结构缺陷，例如裂纹。

但通过在小尺度范围内使用DNA骨架，研究人员其实可以消除这些缺陷，从而产生出坚固耐用的玻璃纳米晶格结构。

从数字上看，其强度是钢的四倍，密度却低五倍，研究人员认为这一壮举从未实现过。

在这些发现预示着新超级材料时代到来之前，这些技术需要从原子尺度向更宏观的范围大幅扩展。

参与这项研究的哥伦比亚大学纳米材料科学家奥列格·冈（Oleg Gang）在声明中表示：“利用DNA创建具3D框架机构的纳米材料并将金属矿物引入其中，这为创造出色的工程机械性能带来了巨大的机会。但在我们将其用作一项实用技术之前，仍需做大量的研究。”

该团队的下一步任务是利用他们新创的这种DNA架构，将其用于比玻璃更坚固的陶瓷材料。