Hoe ontwerp je een onoverwinnelijk pantser voor je favoriete superheld, zodat het licht is voor snelle bewegingen, maar resistent genoeg om hem tegen vijanden te beschermen?
Het komt door deze nogal nerdy vraag een team van materiaalwetenschappers van de universiteiten van Connecticut en Columbia heeft gewerkt aan het creëren van een sterk materiaal met een lage dichtheid door twee onwaarschijnlijke elementen te combineren: glas en DNA.
Volgens de onderzoekers, bijgestaan door het Brookhaven National Lab, is het materiaal dat zij hebben ontwikkeld het sterkste tot nu toe bekend.
Hoe wordt zo’n materiaal gemaakt?
Dus hoe combineer je kracht en lichtheid? De onderzoekers hebben er een gebouwd DNA-skelet, die ze vervolgens bedekten met de glas, een materiaal dat slechts ogenschijnlijk kwetsbaar is. Eén kubieke centimeter perfect glas kan in feite tien ton druk weerstaan, een hoeveelheid die driemaal hoger is dan de druk die op tragische wijze de oorzaak was van het imploderen van de Titan-onderzeeër.
Het is verre van eenvoudig om een grote glasplaat zonder gebreken te produceren, maar het is wel mogelijk om kleine en perfecte stukken te maken, zolang je je maar beperkt tot diktes van minder dan micrometer (een miljoenste van een meter). En dit is waar het in het spel komt glas dichtheid, beslist meer ingeperkt dan dat van keramiek en metalen, wat de creatie van resistente en lichte materialen bevordert.
Het frame van het materiaal bestond daarom uit stukjes DNA, met specifieke lengtes en chemische kenmerken, die zichzelf assembleerden en een skelet van filamenten vormden. Deze laatste waren bedekt met een heel dun laagje glas, waardoor een groot deel van het volume van het materiaal leeg bleef. Dankzij dit hulpmiddel konden we een sterk, maar toch lichtgewicht nanorooster met vier keer de sterkte en vijf keer de dichtheid van staal.
Potentiële toepassingen
Dankzij dit onderzoek kunnen nu belangrijke technische kansen worden ontsloten. Het vermogen om sterke en lichtgewicht nanomaterialen te creëren, met een 3D-structuur ontworpen met behulp van DNA, zal ons in staat stellen de grenzen van traditionele metallurgische technieken te overwinnen en de eigenschappen verbeteren van materialen die worden gebruikt voor het maken van medische apparatuur, pantsering, vliegtuigen en auto's. Nanogratings, om maar een voorbeeld te noemen, zullen de belangrijkste voorstanders zijn van de lichtheid van voertuigen: een van de fundamentele kenmerken voor het uitbreiden van de autonomie van elektrische voertuigen.
Bronnen: today.uconn.edu
