从汽车、防弹衣到医疗设备,理想材料最好既坚固又轻质,但这两种性质往往相互排斥。最近,康乃狄克大学团队利用看似不可能的 DNA 和玻璃作为架构,开发出一种极其坚固的轻质新材料。
近年来,传统冶金技术已达极限,材料科学家必须开发其他新型轻质高强度材料才能满足更多需求,比如在不牺牲安全与使用年限的前提下减轻车辆本身重量,从而成为延长电动车续航里程最简单方法。
最近,康乃狄克大学材料科学家 Seok-Woo Lee 团队利用 DNA 建立结构,接着以玻璃涂覆,创造出一种密度非常低但极度坚固的新材料。
一般来说,听到玻璃会先想到易碎物品,然而事实上,完美无瑕的玻璃 1 立方厘米可承受 10 吨压力,是上个月在深海内爆的泰坦号潜水器承受压力之 3 倍多。
虽然要制造一块没有缺陷的大片玻璃非常困难,但研究人员知道如何制造非常小的完美玻璃,只要厚度小于 1 微米,玻璃几乎都完美无瑕,而玻璃密度远低于金属和陶瓷,因此任何由无瑕纳米级玻璃制成的结构应该既坚固又轻巧。
科学家用 DNA 和玻璃制造一种异常坚固、轻质的材料。(Source:康乃狄克大学)
Seok-Woo Lee 团队创造了一种自组装 DNA 结构:具特定长度与化学性质的 DNA 片段会自行组合成材料骨架,随后哥伦比亚大学材料科学家 Oleg Gang 等人在 DNA 结构涂上一层非常薄的玻璃状材料,厚度约几百个原子。
由于玻璃仅覆盖 DNA 支架,因此大部分空间仍是空的,体积轻巧,但玻璃涂层强化 DNA 骨架又使结构非常坚固,整体而言,玻璃纳米晶格结构强度比钢高 4 倍,但密度却比钢低 5 倍。
团队目前正研究以更坚固的碳化物陶瓷代替玻璃覆盖相同 DNA 结构,实验确认哪种材料最坚固。
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