研究人员将冰与纤维素纳米晶混合,这是一种由纤维素制成的极小、坚硬的颗粒。
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科学家研制出一种新型冰块,强度约为普通冰的10倍。这种名为“生物派克瑞特”(BioPykrete)的增强冰强度约为普通冰的10倍。
这种冰由耶路撒冷希伯来大学的科学家开发,强度可与混凝土媲美。它不会突然碎裂,而是会弯曲并更逐渐地断裂。这一特性有朝一日可能使其成为地球上一些最寒冷地区的有用建筑材料。
用微小植物基晶体增强冰
通过用微小的植物基晶体和一种专门设计的蛋白质增强冰,研究人员创造出一种强度可与混凝土媲美、在断裂前吸收能量多70倍的材料。
“我们想超越仅仅将纤维混入冰中的做法,而是控制不同材料在分子层面如何连接,”耶路撒冷希伯来大学罗伯特·H·史密斯农业、食品与环境学院的伊多·布拉斯拉夫斯基教授说。
“结果不仅改变了冰的强度,也改变了它断裂的方式。它不会突然碎裂,而是能吸收更多能量并逐渐变形。”
增强冰的想法并不新鲜。二战期间,研究人员曾试验过派克瑞特(Pykrete),这是一种冰和木浆的混合物,比普通冰更坚固、融化更慢。
研究人员将冰与纤维素纳米晶混合
该团队将这一想法推进到分子层面。他们将冰与纤维素纳米晶混合;纤维素纳米晶是由纤维素制成的极小、坚硬的颗粒,而纤维素是赋予植物结构的天然材料。随着混合物冻结,这些颗粒在微观冰区周围形成三维网络。科学家随后设计了一种能同时附着于两种材料的蛋白质。蛋白质的一部分与冰结合,另一部分与纤维素结合。据新闻稿称,这种蛋白质像分子胶水一样,帮助将整个结构维系在一起。
实验室测试发现,BioPykrete 在压缩下强度约为纯冰的10倍,达到与传统混凝土相似的强度水平。它在失效前吸收的能量也约为纯冰的70倍。研究人员称,工程化蛋白质发挥了重要作用:与不含这种分子桥的类似冰-纤维素混合物相比,加入它使材料的强度和可吸收能量都翻了一番。
研究人员设想 BioPykrete 主要用于北极和南极地区,在那里运输混凝土、钢材和其他建筑材料既昂贵又困难。
由于该材料主要由冰和植物基纤维素制成,它有可能为极寒条件下的某些结构提供可生物降解、碳足迹更低的替代方案。
但目前还不会有人用 BioPykrete 建造房屋。这种材料仍处于概念验证阶段,必须进行进一步测试。据该新闻稿称,科学家需要了解它在长期使用中的表现、对反复冻融的响应,以及在持续压力下是否会缓慢变形。
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