聽起來易碎其實不然，科學家以 DNA 和玻璃製造出超輕堅固材料

皇帝 | 2023-8-13 10:04:28

1樓

從汽車、防彈衣到醫療設備，理想材料最好既堅固又輕質，但這兩種性質往往相互排斥。最近，康乃狄克大學團隊利用看似不可能的 DNA 和玻璃做為架構，開發出一種極其堅固的輕質新材料。

近年來，傳統冶金技術已達極限，材料科學家必須開發其他新型輕質高強度材料才能滿足更多需求，比如在不犧牲安全與使用年限的前提下減輕車輛本身重量，從而成為延長電動車續航里程最簡單方法。

最近，康乃狄克大學材料科學家 Seok-Woo Lee 團隊利用 DNA 建立結構，接著以玻璃塗覆，創造出一種密度非常低但極度堅固的新材料。

一般來說，聽到玻璃會先想到易碎物品，然而事實上，完美無瑕的玻璃 1 立方公分可承受 10 噸壓力，是上個月在深海內爆的泰坦號潛水器承受壓力之 3 倍多。

雖然要製造一塊沒有缺陷的大片玻璃非常困難，但研究人員知道如何製造非常小的完美玻璃，只要厚度小於 1 微米，玻璃幾乎都完美無瑕，而玻璃密度遠低於金屬和陶瓷，因此任何由無瑕奈米級玻璃製成的結構應該既堅固又輕巧。

Seok-Woo Lee 團隊創造了一種自組裝 DNA 結構：具特定長度與化學性質的 DNA 片段會自行組合成材料骨架，隨後哥倫比亞大學材料科學家 Oleg Gang 等人在 DNA 結構塗上一層非常薄的玻璃狀材料，厚度約幾百個原子。

由於玻璃僅覆蓋 DNA 支架，因此大部分空間仍是空的，體積輕巧，但玻璃塗層強化 DNA 骨架又使結構非常堅固，整體而言，玻璃奈米晶格結構強度比鋼高 4 倍，但密度卻比鋼低 5 倍。

團隊目前正研究以更堅固的碳化物陶瓷代替玻璃覆蓋相同 DNA 結構，實驗確認哪種材料最堅固。