Materiál, ktorý by bol mimoriadne silný, no zároveň aj ľahký, by mohol nájsť uplatnenie v prakticky každom odvetví priemyslu, no bežne sa musí uprednostniť buď jedno alebo druhé. Výskumníci z UCONN však v novej štúdii predstavili nový typ materiálu, ktorý sa skladá z dvoch neobvyklých zložiek a má pozoruhodné vlastnosti.
Nielenže je materiál mimoriadne silný, no zároveň aj ľahký. Ako autori štúdie vysvetľujú, vzhľadom na jeho hustotu ide o najpevnejší materiál aký poznáme. Z čoho sa teda skladá? Nový materiál má dva nezvyčajné komponenty, DNA a sklo.
Sila materiálu je relatívna. Napríklad také železo dokáže zvládnuť tlak o sile 7 ton na štvorcový centimeter, no má vysokú hustotu a tým pádom aj váhu. Titán je o niečo pevnejší a ľahší ako železo. Kombináciou niekoľkých prvkov dokážu vedci vyrobiť zliatinu, ktorá má ešte lepšie vlastnosti. Silnejšie a ľahšie materiály umožnili výrobu lepšej zbroje pre vojakov, lepších zdravotných materiálov, či rýchlejších a bezpečnejších áut. Ak chceme aby elektromobily vydržali dlhšie, efektívnejšie je vyrobiť vozidlo ľahšie, ako zväčšovať batériu.
Ako tvrdia autori štúdie, tradičné metalurgické techniky v posledných rokoch narazili na hranicu. Vedci teda musia nájsť nové a kreatívne spôsoby, ako vytvoriť pevnejšie a ľahšie materiály. Jeden z takýchto spôsobov predstavili vedci v novej práci. Ako prvé vytvorili štruktúru z DNA, ktorú následne obalili sklom. Výsledkom je mimoriadne pevný materiál s prekvapivo nízkou hustotou.
Pevné, no mimoriadne ľahké materiály
Sklo je pritom materiál, ktorý si bežne nespájame s pevnosťou, pretože stačí málo a rozbije sa. Sklo však praská kvôli chybe v štruktúre, či už ide o prasklinu, ryhu alebo chýbajúce atómy. Kubický centimeter bezchybného skla dokáže udržať 10 ton, čo je mimoriadne impozantné. Lenže vytvoriť väčší kus skla bez jedinej chyby je náročné.
Vedci ale vedia, že sklo s priemerom menším ako mikrometer je takmer vždy bezchybné. Štruktúry vyrobené z nanoskla by teda mali byť silné a zároveň aj ľahké. V rámci novej štúdie vedci vytvorili kostru materiálu z DNA, ktorú následne obalili tenkou vrstvou skla, hrubou len niekoľko stoviek atómov. Výsledkom sú nanoštruktúry štyrikrát pevnejšie ako oceľ, no s päťnásobne menšou hustotou.
„Schopnosť vytvoriť 3D základ pomocou DNA a následne ho mineralizovať predstavuje obrovský potenciál v odbore inžinierstva. Vyžaduje sa však ešte veľa ďalších výskumov, než sa táto technológia dostane do praxe,“ tvrdí Oleg Gang, jeden z autorov výskumu.
Material 5x lighter and 4 times stronger than Steel.https://t.co/bMUwARgJqD
— Kevin Keil (@JKevinKeil) July 26, 2023
Autori momentálne pracujú s rovnakou DNA štruktúrou, no sklo nahrádzajú ešte silnejším karbidom. V ďalších krokoch vyskúšajú aj iné DNA štruktúry a zistia, ktorá urobí materiál čo najsilnejším. Veria však, že po vyladení tohto materiálu nájde uplatnenie aj v praxi.
