Исследователи разработали новый материал на основе льда и растительных компонентов, который способен выдерживать значительно большие нагрузки и в будущем может использоваться вместо традиционных строительных материалов
Ученые из Еврейского университета в Иерусалиме разработали необычный материал, который оказался в 10 раз прочнее обычного льда. Новая разработка получила название BioPykrete и по своим прочностным характеристикам приблизилась к бетону, передает Astana TV со ссылкой на Sciencealert
Кроме того, экспериментальный материал способен поглощать в 70 раз больше энергии перед разрушением, чем обычный лед.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
Как ученым удалось сделать лед прочнее
Для создания нового материала исследователи использовали нанокристаллы целлюлозы растительного происхождения и специально разработанный белок.
Целлюлоза является одним из основных структурных компонентов растений. В форме нанокристаллов она способна укреплять другие материалы, препятствуя распространению трещин.
Чтобы соединить растительные нанокристаллы со льдом, ученые создали специальный белок CBM3a-AFPIII.
Он объединяет свойства антифризного белка и модуля, связывающего углеводы. Благодаря этому компоненты материала удерживаются вместе на молекулярном уровне.
В результате получился лед, который не только значительно прочнее обычного, но и иначе реагирует на механические нагрузки.
Новый лед не раскалывается мгновенно
Одной из главных особенностей BioPykrete стала его способность сопротивляться разрушению.
Обычный лед при сильном воздействии может внезапно треснуть и расколоться. Новый материал ведет себя иначе.
BioPykrete способен постепенно деформироваться, поглощая значительно больше энергии перед разрушением.
Как объяснил биохимик Еврейского университета в Иерусалиме Идо Браславский, исследователи стремились не просто добавить укрепляющие волокна в лед, а изменить взаимодействие компонентов на молекулярном уровне.
Такой подход позволил повлиять одновременно на прочность материала и характер его разрушения.
Идея сверхпрочного льда появилась еще во время Второй мировой войны
Разработка ученых основана на концепции, которую впервые исследовали еще в 1940-х годах.
Во время Второй мировой войны британский Королевский военно-морской флот рассматривал возможность строительства авианосца из льда, укрепленного древесной массой.
Материал получил название Pykrete. При поддержании отрицательной температуры он мог обладать прочностью, сопоставимой с бетоном.
Предполагалось, что авианосец будет представлять собой огромную плавучую ледяную конструкцию, способную выдерживать взлеты и посадки самолетов.
Однако проект так и не реализовали из-за растущих расходов и появления более подходящих решений.
Современные исследователи решили усовершенствовать эту технологию, заменив обычные древесные волокна нанокристаллами целлюлозы и добавив специальный белок.
Сверхпрочный лед могут использовать в Арктике и Антарктике
По мнению разработчиков, BioPykrete в будущем может стать строительным материалом для удаленных холодных регионов, где применение традиционных технологий затруднено.
В частности, речь идет об Арктике и Антарктике.
Главное преимущество новой разработки заключается в том, что для ее производства не требуются бетон и сталь.
Основными компонентами служат лед и целлюлоза растительного происхождения.
Исследователи отмечают, что такой материал потенциально может иметь небольшой углеродный след и быть биоразлагаемым.
Это особенно важно с учетом того, что строительная отрасль остается одним из крупных источников выбросов углерода и потребления природных ресурсов.
Когда новый материал начнут использовать в строительстве
Несмотря на впечатляющие результаты, BioPykrete пока находится на экспериментальной стадии.
Проведенное исследование подтвердило работоспособность технологии на небольших образцах.
Прежде чем применять сверхпрочный лед в строительстве, ученым необходимо проверить, как он ведет себя при длительной эксплуатации и изменении внешних условий.
Кроме того, исследователи планируют подробнее изучить распространение трещин внутри материала и усовершенствовать процесс замораживания.
Они предполагают, что изменение состава белков и технологии изготовления позволит добиться еще более высокой прочности.
В перспективе разработка может найти применение не только в строительстве, но и в производстве упаковочных материалов.
Создание BioPykrete показало, что сочетание льда, растительных нанокристаллов и специально разработанного белка позволяет существенно улучшить свойства привычного материала. Новый лед оказался в 10 раз прочнее обычного и способен поглощать в 70 раз больше энергии перед разрушением. Однако его практическое использование потребует дополнительных исследований и испытаний.