科學家研發出比鋼更輕更堅固的新材料

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【大紀元2023年10月21日訊】(大紀元記者林達編譯報導)通過使用DNA和玻璃以非傳統方式進行融合,研究人員製造出了一種令人印象深刻的材料,雖然目前尚不能實際應用,但它比鋼更堅固、且更輕。這種新技術具有巨大的科學應用潛力。

「對於目前的密度而言,我們的材料是已知最強的,」康涅狄格大學的材料科學家李錫佑(Seok-Woo Lee,音譯) 在一份聲明中說。他也是7月19日發表在《細胞報告·物理科學》( Cell Reports Physical Science)期刊上的研究論文的合著者之一。

這種異常堅固的材料使用了稱為「玻璃納米晶格」的結構,李相信這一發現將為用類似結構制造更堅固的材料奠定基礎。

為了創造一種堅固且輕質的材料,科學家們必須跳出框框思考。像鐵這樣的普通材料,一般可以承受每平方釐米七噸的壓力,但也非常重,一立方英尺重達400磅以上。

鋼是一項顯著的改進,它把鐵與碳相結合,以大致相同的重量製造出更堅固的金屬。但如果你想要更輕的東西,該怎麼辦?比如作為防彈衣支架結構的材料克維拉(Kevlar)縴維,其強度是鋼的五倍。

而在新的研究中,科學家使用了一種尖端技術,該技術利用具有自行組裝能力的DNA,將它們扣在一起形成化學骨架。然後將這種DNA結構包裹在一層只有數百個原子厚、類似玻璃的材料中——換句話說,薄得難以察覺。

使用玻璃這類易碎材料來達到此目的似乎有悖常理,但研究人員表示,玻璃容易破碎的主要原因是其結構缺陷,例如裂紋。

但通過在小尺度範圍內使用DNA骨架,研究人員其實可以消除這些缺陷,從而產生出堅固耐用的玻璃納米晶格結構。

從數字上看,其強度是鋼的四倍,密度卻低五倍,研究人員認為這一壯舉從未實現過。

在這些發現預示著新超級材料時代到來之前,這些技術需要從原子尺度向更宏觀的範圍大幅擴展。

參與這項研究的哥倫比亞大學納米材料科學家奧列格·岡(Oleg Gang)在聲明中表示:「利用DNA創建具3D框架機構的納米材料並將金屬礦物引入其中,這為創造出色的工程機械性能帶來了巨大的機會。但在我們將其用作一項實用技術之前,仍需做大量的研究。」

該團隊的下一步任務是利用他們新創的這種DNA架構,將其用於比玻璃更堅固的陶瓷材料。◇

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