Ученые создали новый материал, который в пять раз легче и в четыре раза прочнее стали • Межа.Медиа

Исследователи из Университета Коннектикута создали очень прочный и легкий материал, структурировав ДНК и покрыв ее нанослоем стекла. Полученный продукт, имеющий структуру нанорешетки, демонстрирует уникальное сочетание прочности и низкой плотности, что делает его потенциально полезным во многих областях применения, пишет SciTechDaily.

Сначала команда учёных создала структуру самособирающейся ДНК, в которой кусочки ДНК определённой длины и химического состава объединяются в скелет материала. Затем они покрыли ДНК очень тонким слоем стеклообразного материала толщиной всего в несколько сотен атомов. Стекло лишь прикрывает нити ДНК, оставляя большую часть объема пустой, что способствует уменьшению плотности материала, то есть в дальнейшем массы готовых вещей.

Стекло может показаться весьма нелогичным выбором для сверхтвердого материала, ведь обычное, привычное бытовое стекло легко разбивается. Однако это потому, что мы не умеем делать действительно большие куски стекла без дефектов в его структуре, трещин, царапин и полостей. В то время как небольшие кусочки стекла можно сделать безупречными, наночастицы почти всегда имеют безупречную структуру. Но такой безупречный кубический сантиметр стекла выдерживает давление в 10 тонн, что более чем в три раза превышает давление, уничтожившее подводную лодку Oceangate Titan в июне 2023 года.

Скелет ДНК, усиленный ультратонким слоем безупречного стекла, сделал новый материал очень прочным, а пустоты, составляющие большую часть объема материала, сделали его легким. В результате стеклянные нанорешетчатые структуры в четыре раза прочнее, но в пять раз менее плотные, чем стальные. Столь необычное сочетание малого веса и высокой прочности наблюдается впервые.

«Возможность создавать трехмерные каркасные наноматериалы с использованием ДНК и минерализовать их открывает огромные возможности для разработки механических свойств. Но еще предстоит провести большую исследовательскую работу, прежде чем мы сможем использовать его в качестве технологии», — говорит Олег Ганг, один из изобретателей нового материала.

В настоящее время команда работает с той же структурой ДНК, но заменяет стекло еще более прочной карбидной керамикой. Они планируют экспериментировать с различными структурами ДНК, чтобы увидеть, какая структура сделает материал наиболее прочным. Будущие материалы, основанные на этой же концепции, имеют большие перспективы в качестве энергосберегающих материалов для транспортных средств и других устройств, требующих прочности и легкости. Сок-Ву Ли, еще один ученый этого проекта, считает, что наноархитектура ДНК-оригами откроет путь к созданию новых более легких и прочных материалов, о которых мы раньше даже не могли себе представить.