과학자들이 강철보다 5배 더 가볍고 4배 더 강한 신소재를 개발하다

코네티컷 대학교 2023년 7월 31일

코네티컷 대학교 연구진과 동료들은 DNA를 구조화한 다음 유리에 코팅하여 내구성이 뛰어나고 가벼운 소재를 만들었습니다. 나노 격자 구조를 특징으로 하는 최종 제품은 강도와 ​​저밀도의 독특한 조합을 보여 차량 제조 및 방탄복과 같은 응용 분야에 잠재적으로 유용합니다. (작가의 컨셉입니다.)

Materials possessing both strength and lightness have the potential to enhance everything from automobiles to body armor. But usually, the two qualities are mutually exclusive. However, researchers at the University of Connecticut, along with their collaborators, have now crafted an incredibly strong yet lightweight material. Surprisingly, they achieved this using two unexpected building blocks: DNADNA, or deoxyribonucleic acid, is a molecule composed of two long strands of nucleotides that coil around each other to form a double helix. It is the hereditary material in humans and almost all other organisms that carries genetic instructions for development, functioning, growth, and reproduction. Nearly every cell in a person’s body has the same DNA. Most DNA is located in the cell nucleus (where it is called nuclear DNA), but a small amount of DNA can also be found in the mitochondria (where it is called mitochondrial DNA or mtDNA)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">DNA와 유리.

“For the given density, our material is the strongest known,” says Seok-Woo Lee, a materials scientist at UConn. Lee and colleagues from UConn, Columbia University, and Brookhaven National Lab report the details on July 19 in Cell Reports<em>Cell Reports</em> is a peer-reviewed scientific journal that published research papers that report new biological insight across a broad range of disciplines within the life sciences. Established in 2012, it is the first open access journal published by Cell Press, an imprint of Elsevier." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">셀 리포트 물리 과학.

힘은 상대적입니다. 예를 들어 철은 제곱센티미터당 7톤의 압력을 가할 수 있습니다. 그러나 무게는 7.8g/cm3으로 매우 밀도가 높고 무겁습니다. 티타늄과 같은 다른 금속은 철보다 강하고 가볍습니다. 그리고 여러 원소를 결합한 특정 합금은 더욱 강력합니다. 강력하고 가벼운 소재는 가벼운 방탄복, 더 나은 의료 장비를 가능하게 했으며, 더 안전하고 빠른 자동차와 비행기를 만들었습니다.

UConn과 Brookhaven 국립 연구소의 재료 과학자들은 DNA와 유리로 매우 강력하고 가벼운 재료를 만들었습니다. 상단의 일련의 이미지(A)는 구조의 골격이 DNA로 조립된 다음 유리로 코팅되는 방식을 보여줍니다. (B)는 재료의 투과전자현미경 이미지를 보여주고, (C)는 재료의 주사전자현미경 이미지를 보여줍니다. 두 개의 오른쪽 패널은 서로 다른 규모의 특징을 확대합니다. 크레딧: 코네티컷 대학교

예를 들어, 전기차의 주행거리를 ​​늘리는 가장 쉬운 방법은 배터리를 늘리는 것이 아니라 안전성과 수명을 희생하지 않으면서 차량 자체를 가볍게 만드는 것입니다. 그러나 전통적인 야금 기술은 최근 몇 년 동안 한계에 도달했으며 재료 과학자들은 새로운 경량 고강도 재료를 개발하기 위해 더욱 창의적으로 노력해야 했습니다.

이제 Lee와 동료들은 DNA로 구조를 구축한 다음 이를 유리로 코팅하여 밀도가 매우 낮고 매우 강한 물질을 만들었다고 보고합니다. 유리는 쉽게 부서지기 때문에 놀라운 선택으로 보일 수 있습니다. 그러나 유리는 일반적으로 구조상의 균열, 긁힘 또는 누락된 원자와 같은 결함으로 인해 부서집니다. 흠집 하나 없는 입방센티미터의 유리는 10톤의 압력을 견딜 수 있는데, 이는 지난 달 타이타닉 근처에서 오션게이트 타이탄 잠수정을 폭파시켰던 압력의 3배가 넘는 압력입니다.