Учёные разработали армированный белком лёд, в десять раз прочнее обычного
Учёные создали новую разновидность армированного льда, прочность которого при сжатии сопоставима с обычным бетоном, и который не разрушается мгновенно, как традиционный лёд. Этот материал, названный BioPykrete, оказался примерно в десять раз прочнее чистого льда и способен поглотить до семидесяти раз больше энергии перед разрушением. Об этом сообщает издание Science XXI.
Разработка может быть использована в строительстве в экстремально холодных регионах, таких как Арктика и Антарктика, хотя её долговечность при длительной эксплуатации пока требует дальнейшей проверки. Исследование было проведено 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 основан на нанокристаллах целлюлозы — мелких жёстких частицах растительного происхождения. Во время замерзания они формируют трёхмерную сеть вокруг микроскопических участков льда. Для усиления связи между компонентами исследователи разработали белок, который соединяется с льдом и целлюлозой.
Этот молекулярный «мост» укрепляет армирующую сеть в ледяной структуре. В сравнении с аналогичной смесью, где использовалась целлюлоза без искусственно созданного белка, добавление белка вдвое увеличило прочность и способность материала поглощать энергию. По словам Браславского, задача заключалась не только в смешивании волокон со льдом, но и в управлении связями между компонентами на молекулярном уровне.
Обычный лёд разрушается неожиданно, так как небольшие трещины быстро распространяются по его кристаллической структуре. В BioPykrete целлюлозная сеть препятствует движению трещин или изменяет их направление, а белковые соединения затрудняют деформацию и разрыв этой сети. Таким образом, для распространения повреждений требуется больше энергии, и материал ломается постепенно.
Идея разработки основана на Pykrete — смеси льда с древесной пульпой, созданной во время Второй мировой войны, которая была прочнее необработанного льда и медленнее таяла. В новом варианте древесные волокна заменены наноразмерным армирующим компонентом, а молекулярные связи специально настроены для улучшения механических свойств. Исследователи планируют изучить развитие трещин, влияние повторных циклов замерзания и оттаивания, длительной нагрузки и постепенной деформации, а также проверить другие белки и методы замораживания; результаты работы опубликованы на SciTechDaily.
