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科学家利用 DNA 和玻璃打造出新型轻质材料,强度是钢的四倍

2023/10/23 11:17:02 来源:IT之家 作者:远洋 责编:远洋

IT之家 10 月 23 日消息,科学家成功地将 DNA 的复杂结构与玻璃的纯净相结合,创造出一种既轻又坚固的材料。这种超级材料的密度是钢的五分之一,但强度是钢的四倍。科学家们称,这使其成为“已知最强”的材料。这项研究由康涅狄格大学、哥伦比亚大学和布鲁克海文国家实验室的科学家共同完成。

寻找既硬又轻的材料一直是一个挑战,这两个特性往往相互矛盾,但事实并非如此,这两个特性有时可以并存。

大多数酷炫的科学项目都有一些同样酷炫的灵感来源。这次的灵感来自于钢铁侠的标志性战甲。“我是钢铁侠电影的忠实粉丝,我一直想知道如何为钢铁侠创造更好的战甲。它必须非常轻,这样他才能飞得更快。它必须非常强,才能抵挡敌人的攻击。我们的新材料比钢轻五倍,但强四倍。所以,我们的玻璃纳米格子会比任何其他结构材料更适合用来制造一个改进版的钢铁侠战甲。”哥伦比亚大学的纳米材料科学家 Oleg Gang 说。

他们方法的关键在于利用玻璃本身固有的优势,是的,就是很容易碎裂的玻璃。玻璃之所以容易碎裂,在大多数情况下与其结构中存在的缺陷有关,比如裂缝或缺失的原子。然而,在最纯净、最完美的形式下,一小块玻璃可以承受足以压碎一些最坚固、最重的材料的压力。

然而,制作大块无瑕玻璃是极其困难的。这就是为什么当使用玻璃作为结构材料时,其厚度几乎总是小于一个微米。由于它比许多金属和陶瓷都轻,所以由这种纯净的纳米级玻璃制成的结构既坚固又轻盈。

IT之家注意到,为了将纯净的玻璃粒子塑造成三维框架,研究人员使用了 DNA 作为支架。这种自组装的 DNA 框架充当了骨架,在其上科学家精心地涂上了一层玻璃。这种微妙的平衡产生了一种既坚固又轻盈的材料,达到了以前认为不可能的强度和密度。

“利用 DNA 和矿化物来创造设计好的三维框架纳米材料,为工程机械性能提供了巨大的机会。但是,在我们能够将其作为一种技术应用之前,还需要做很多研究工作。”Gang 说。

接下来,研究人员计划使用 DNA 结构制造更强的材料。例如,用碳化物陶瓷代替玻璃,可能会产生更好的强度-重量比。改变 DNA 结构也可能大大提高这个比值。

这项研究发表在《细胞报告物理科学》杂志上。

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关键词:材料科学DNA玻璃

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