Sciencemag.cz
Doporučujeme
Materiály, které jsou pevné a zároveň lehké, by se uplatnily skoro všude, v automobilech a letadlech stejně jako v neprůstřelných vestách. Obvykle se tyto dvě vlastnosti ovšem vzájemně vylučují. Výzkumníci z University of Connecticut, Columbia University a Brookhaven National Lab nyní vyvinuli mimořádně pevný a lehký materiál, který využívá dost nečekané stavební kameny: DNA a sklo. Při dané hustotě má být tento materiál nejpevnější ze všech známých. Tradiční metalurgické postupy vývoje materiálů přitom v posledních letech zřejmě narazily na limity.
Sklo se může zdát překvapivou volbou, protože je křehké. Jenže k tomu dochází většinou v důsledku nějaké vady – například praskliny, škrábnutí nebo chybějícím atomům či jiným defektům ve struktuře. Krychlový centimetr skla bez vad vydrží tlak 10 tun, což je více než trojnásobek tlaku, který zničil ponorku Oceangate Titan poblíž potopeného Titaniku.
Vytvořit velký kus skla bez vad je velmi obtížné. Pokud se ale podaří vyrobit sklo tlusté méně než mikrometr, je téměř vždy bez vad. A protože hustota skla je mnohem nižší než u kovů a keramiky, měly by být všechny konstrukce z takového „nanoskla“ pevné a současně lehké.
Vědci nyní vytvořili základní strukturu z DNA, přičemž využili její schopnosti se složit do předem definované geometrie. Poté tuto DNA potáhli velmi tenkou vrstvou materiálu podobného sklu o tloušťce pouhých několika set atomů. Sklo opravdu pouze pokrylo vlákna DNA a ponechalo velkou část objemu materiálu jako prázdný prostor. Kostra DNA naopak vyztužila tenkou vrstvu skla bez vad, takže materiál byl současně velmi pevný. Výsledkem je, že skleněné nanomřížkové struktury mají čtyřikrát vyšší pevnost, ale pětkrát nižší hustotu než ocel.
Nejde jen o samotný materiál, ale i o návrh obecné skupiny technik: vytváření základních struktur z DNA a jejich pokrývání dalšími látkami, „mineralizací DNA“, jak to nazývá průvodní tisková zpráva. Místo skla lze např. využít ještě pevnější karbidy, rovněž způsoby vytváření kostry z DNA mohou být různé.
Aaron Michelson et al, High-strength, lightweight nano-architected silica, Cell Reports Physical Science (2023). DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101475
Zdroj: University of Connecticut / Phys.org, přeloženo/zkráceno
> Vytvořit velký kus skla bez vad je velmi obtížné. Pokud se ale podaří vyrobit sklo tlusté méně než mikrometr, je téměř vždy vad ve struktuře
Mozna jste myslel „temer vzdy _bez_ vad ve strukture“ ?
preklep, dekuji, ano