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科學家研發出比鋼更輕更堅固的新材料
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研究人員在一份聲明中說。這種異常堅固的材料使用了稱為「玻璃納米晶格」的結構﹐研究人員相信這一發現將為用類似結構製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。」。
該研究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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