과학자들이 강철보다 5배 더 가볍고 4배 더 강한 신소재를 개발하다

강하고 가벼운 소재는 자동차부터 비행기, 의료 장비까지 모든 것을 향상시킬 수 있습니다. 이제 연구자들은 DNA와 유리라는 두 가지 예상치 못한 구성 요소를 사용하여 밀도가 매우 낮은 매우 강한 물질을 만들었습니다.

컬럼비아 대학 및 브룩헤이븐 국립 연구소의 동료들과 협력한 코네티컷 대학의 이석우에 따르면 "주어진 밀도에 대해 우리의 재료는 가장 강력하게 알려져 있습니다."라고 말했습니다.

나노재료 과학자 올렉 강(Oleg Gang)은 “나는 아이언맨 영화의 열렬한 팬입니다.”라고 생각했습니다. “저는 아이언맨을 위한 더 나은 갑옷을 만드는 방법에 대해 늘 궁금했습니다. 그가 더 빨리 날려면 매우 가벼워야 합니다. 적의 공격으로부터 그를 보호하려면 매우 강해야 합니다.

“우리의 새로운 소재는 강철보다 5배 가볍지만 4배 더 강합니다.”

티타늄과 같은 일부 금속은 철보다 강하고 가볍습니다. 특정 합금은 훨씬 더 강해 가벼운 방탄복, 더 나은 의료 기기, 더 안전하고 빠른 자동차와 비행기를 만들 수 있습니다. 금속공학 기술은 나노 소재가 창의적인 기회를 제공할 때까지 최근 몇 년간 한계에 도달했습니다.

동료들은 Cell Reports Physical Science에 DNA 구조를 구축한 다음 유리로 코팅하여 밀도가 매우 낮고 매우 강한 물질을 만들었다고 보고했습니다. 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 올여름 타이타닉호 근처에서 오션게이트 타이탄 잠수정을 폭파시켰던 압력의 3배가 넘는 압력입니다.

가장 인기 많은: 복제되면 새로운 물리학 발견으로 주변 압력 자기학을 통해 모든 장치에 공중 부양이 가능해집니다.

UCONN News에 따르면 결함 없이 큰 유리 조각을 만드는 것은 매우 어렵습니다. 그러나 연구자들은 매우 작은 흠집 없는 조각을 만드는 방법을 알고 있었습니다. 유리의 두께가 1마이크로미터 미만이면 거의 항상 흠집이 없습니다. 그리고 유리의 밀도는 금속이나 세라믹보다 훨씬 낮기 때문에 흠집 없는 나노 크기의 유리로 만들어진 모든 구조물은 튼튼하고 가벼워야 합니다.

연구팀은 자기조립 DNA 구조를 만들었다. 거의 마그나타일과 마찬가지로 특정 길이와 화학적 성질을 지닌 DNA 조각이 서로 결합하여 물질의 골격을 형성합니다. 집이나 건물의 틀이 DNA로 만들어졌다고 상상해 보세요.

Columbia와 Brookhaven의 기능성 나노물질 센터의 Gang과 Aaron Mickelson은 단지 수백 원자 두께의 유리 같은 물질의 매우 얇은 층으로 DNA를 코팅했습니다. 유리는 단지 DNA 가닥만 코팅했을 뿐이며, 물질 부피의 상당 부분을 집이나 건물 안의 방처럼 빈 공간으로 남겨두었습니다. 비계와 같은 DNA 골격은 얇고 결점 없는 유리 코팅을 강화하여 재료를 매우 강하게 만들었습니다. 재료 부피의 대부분을 차지하는 공극으로 인해 가벼워졌습니다.

또 다른 혁신: 놀란 연구자들이 금속이 '인간의 개입 없이' 스스로 치유할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

그 결과, 유리나노격자 구조는 이전에 달성하지 못했던 강함과 가벼움의 조합을 만들어냈다.

"DNA를 사용하여 설계된 3D 프레임워크 나노물질을 생성하고 이를 광물화하는 능력은 기계적 특성 엔지니어링에 엄청난 기회를 열어줍니다." Gang은 UConn 뉴스 자료에서 설명했습니다.

그러나 여전히 많은 연구가 필요합니다. 연구팀은 현재 동일한 DNA 구조로 작업하고 있지만 유리를 훨씬 더 강한 탄화물 세라믹으로 대체하고 있습니다. 그들은 어떤 것이 물질을 가장 강하게 만드는지 알아보기 위해 다양한 DNA 구조를 실험할 계획을 가지고 있습니다.

믿을 수 없는: 과학자들이 리튬 이온 배터리를 자가 치유하고 쉽게 재활용할 수 있는 신소재 개발

이씨는 DNA 종이접기 나노구조가 우리가 이전에 상상하지 못했던 더 가볍고 강한 물질을 만드는 새로운 길을 열어줄 것이라고 믿는다.