Учёные создали армированный белком лёд, в десять раз прочнее обычного
Исследователи разработали новый вид армированного льда, который по прочности при сжатии сравним с бетоном и не разрушается мгновенно, как традиционный лёд. Этот материал, названный BioPykrete, оказался примерно в десять раз прочнее обычного льда и способен поглощать в 70 раз больше энергии перед разрушением. Об этом сообщает Science XXI.
Данная разработка может быть полезна в строительстве в условиях экстремально низких температур, таких как Арктика и Антарктика. Тем не менее, долговечность материала при длительной эксплуатации ещё требует проверки. Исследование проводилось под руководством профессора Идо Браславского из факультета сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды имени Роберта Х. Смита Еврейского университета в Иерусалиме и опубликовано в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
BioPykrete состоит из нанокристаллов целлюлозы — мелких жёстких частиц растительного происхождения. При замерзании они формируют трёхмерную сеть вокруг микроскопических участков льда. Для улучшения связи между компонентами учёные разработали белок, который связывается как с льдом, так и с целлюлозой.
Этот молекулярный «мост» укрепляет армирующую структуру льда. В сравнении с аналогичной смесью, содержащей целлюлозу без искусственно созданного белка, добавление белка увеличивает прочность и способность материала поглощать энергию вдвое. По словам Браславского, основная задача заключалась в управлении связями между компонентами на молекулярном уровне, а не просто в смешивании волокон со льдом.
Обычный лёд разрушается внезапно, так как трещины быстро распространяются по его кристаллической структуре. Однако в BioPykrete целлюлозная сеть препятствует распространению трещин или изменяет их направление, а белковые соединения затрудняют деформацию и разрыв этой сети. Таким образом, для разрушения требуется больше энергии, и материал ломается постепенно.
Идея BioPykrete основана на разработке времён Второй мировой войны — Pykrete, смеси льда с древесной пульпой, которая была прочнее обычного льда и медленнее таяла. В новом варианте древесные волокна заменены наноразмерным армирующим компонентом, а молекулярные связи специально настроены для улучшения механических свойств. Исследователи намерены изучить развитие трещин, влияние повторных циклов замерзания и оттаивания, длительной нагрузки и постепенной деформации, а также протестировать другие белки и методы замораживания; результаты работы опубликованы на SciTechDaily.
