科學家利用DNA和玻璃打造出新型輕質材料，強度是鋼的四倍

IT之家 10 月 23 日消息，科學家成功地將 DNA 的復雜結構與玻璃的純凈相結合，創造出一種既輕又堅固的材料。這種超級材料的密度是鋼的五分之一，但強度是鋼的四倍。科學家們稱，這使其成為“已知最強”的材料。這項研究由康涅狄格大學、哥倫比亞大學和布魯克海文國家實驗室的科學家共同完成。

尋找既硬又輕的材料一直是一個挑戰，這兩個特性往往相互矛盾，但事實并非如此，這兩個特性有時可以并存。

大多數酷炫的科學項目都有一些同樣酷炫的靈感來源。這次的靈感來自于鋼鐵俠的標志性戰甲。“我是鋼鐵俠電影的忠實粉絲，我一直想知道如何為鋼鐵俠創造更好的戰甲。它必須非常輕，這樣他才能飛得更快。它必須非常強，才能抵擋敵人的攻擊。我們的新材料比鋼輕五倍，但強四倍。所以，我們的玻璃納米格子會比任何其他結構材料更適合用來制造一個改進版的鋼鐵俠戰甲。”哥倫比亞大學的納米材料科學家 Oleg Gang 說。

他們方法的關鍵在于利用玻璃本身固有的優勢，是的，就是很容易碎裂的玻璃。玻璃之所以容易碎裂，在大多數情況下與其結構中存在的缺陷有關，比如裂縫或缺失的原子。然而，在最純凈、最完美的形式下，一小塊玻璃可以承受足以壓碎一些最堅固、最重的材料的壓力。

然而，制作大塊無瑕玻璃是極其困難的。這就是為什么當使用玻璃作為結構材料時，其厚度幾乎總是小于一個微米。由于它比許多金屬和陶瓷都輕，所以由這種純凈的納米級玻璃制成的結構既堅固又輕盈。

IT之家注意到，為了將純凈的玻璃粒子塑造成三維框架，研究人員使用了 DNA 作為支架。這種自組裝的 DNA 框架充當了骨架，在其上科學家精心地涂上了一層玻璃。這種微妙的平衡產生了一種既堅固又輕盈的材料，達到了以前認為不可能的強度和密度。

“利用 DNA 和礦化物來創造設計好的三維框架納米材料，為工程機械性能提供了巨大的機會。但是，在我們能夠將其作為一種技術應用之前，還需要做很多研究工作。”Gang 說。

接下來，研究人員計劃使用 DNA 結構制造更強的材料。例如，用碳化物陶瓷代替玻璃，可能會產生更好的強度重量比。改變 DNA 結構也可能大大提高這個比值。

這項研究發表在《細胞報告物理科學》雜志上。