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科學家研發出比鋼更輕更堅固的新材料
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| 發布時間：
2023/11/1 |
通過使用DNA和玻璃以非傳統方式進行融合，研究人員制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。
“對于目前的密度而言，我們的材料是已知最強的，”康涅狄格大學的材料科學家李錫佑（Seok-Woo Lee，音譯） 在一份聲明中說。他也是7月19日發表在《細胞報告·物理科學》（ Cell Reports Physical Science）期刊上的研究論文的合著者之一。
這種異常堅固的材料使用了稱為“玻璃納米晶格”的結構，李相信這一發現將為用類似結構制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，以大致相同的重量制造出更堅固的金屬。但如果你想要更輕的東西，該怎么辦？比如作為防彈衣支架結構的材料克維拉（Kevlar）纖維，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。然后將這種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。
但通過在小尺度范圍內使用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范圍大幅擴展。
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并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?！?br />
該團隊的下一步任務是利用他們新創的這種DNA架構，將其用于比玻璃更堅固的陶瓷材料。
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