فهرست مطالب
پژوهشگران نوع جدیدی از یخ فوق مقاوم به نام BioPykrete ساختهاند که حدود ۱۰ برابر از یخ معمولی مقاومتر است و پیش از شکستن میتواند ۷۰ برابر انرژی بیشتری جذب کند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، استحکام این ماده جدید به بتن معمولی نزدیک است و میتواند در آینده برای ساخت سازه در مناطق بسیار سرد زمین استفاده شود.
دانشمندان برای ساخت BioPykrete از نانوبلورهای سلولزی و یک پروتئین مهندسیشده استفاده کردهاند. این ترکیب رفتار مکانیکی یخ را به شکل قابل توجهی تغییر میدهد. یخ معمولی هنگام وارد شدن فشار کافی به صورت ناگهانی میشکند، اما ماده جدید میتواند انرژی بیشتری جذب کند و پیش از شکست به تدریج تغییر شکل دهد.
بیشتر بخوانید: ساخت مداری فوق مقاوم در برابر تشعشع با الکترونیک تکلایه
شبکه سلولزی استحکام یخ را افزایش میدهد
پژوهشگران برای افزایش مقاومت یخ، نانوبلورهای سلولزی را با آن ترکیب کردند. این ذرات بسیار کوچک و سخت از سلولز ساخته میشوند. سلولز مادهای طبیعی است که بخش مهمی از ساختار گیاهان را تشکیل میدهد.
نانوبلورهای سلولزی هنگام منجمد شدن مخلوط، شبکهای سهبعدی در اطراف بخشهای میکروسکوپی یخ ایجاد میکنند. سپس پژوهشگران، پروتئینی ویژه طراحی کردند که میتواند به یخ و سلولز متصل شود. یک قسمت از این پروتئین به یخ متصل میشود و قسمت دیگر به سلولز میچسبد. این پروتئین در عمل نقش یک چسب مولکولی را برعهده دارد و ساختار ایجادشده را کنار یکدیگر نگه میدارد.
پروفسور ایدو براسلاوسکی از دانشکده کشاورزی، غذا و محیطزیست رابرت اچ. اسمیت گفت که پژوهشگران قصد داشتند از ترکیب ساده الیاف با یخ فراتر بروند. آنها به دنبال کنترل نحوه اتصال مواد مختلف در سطح مولکولی بودند.
به گفته براسلاوسکی، این روش علاوه بر افزایش استحکام یخ، نحوه شکستن آن را نیز تغییر میدهد. یخ فوق مقاوم BioPykrete بهجای خرد شدن ناگهانی میتواند انرژی بیشتری جذب کند و بهتدریج تغییر شکل دهد.
ایده تقویت یخ سابقهای طولانی دارد. پژوهشگران در جریان جنگ جهانی دوم مادهای به نام Pykrete را آزمایش کردند. این ماده از ترکیب یخ و خمیر چوب ساخته میشد. Pykrete از یخ معمولی مقاومتر بود و سرعت ذوب کمتری داشت. پژوهشگران در پروژه جدید همین ایده را به مقیاس مولکولی منتقل کردهاند.
بیشتر بخوانید: رکورد جدید مقاومت حرارتی آلیاژ چینی تا ۲۴۰۰ درجه سانتیگراد
مقاومت ۱۰ برابری یخ فوق مقاوم BioPykrete
آزمایشهای آزمایشگاهی نشان داد که BioPykrete هنگام تحمل فشار حدود ۱۰ برابر از یخ خالص مقاومتر است. میزان استحکام این ماده به سطح بتن معمولی میرسد. همچنین BioPykrete پیش از شکست حدود ۷۰ برابر انرژی بیشتری نسبت به یخ معمولی جذب میکند.
پروتئین مهندسیشده نقش مهمی در دستیابی به این عملکرد دارد. افزودن این پروتئین باعث شد استحکام و ظرفیت جذب انرژی ماده در مقایسه با ترکیب مشابه یخ و سلولز بدون پل مولکولی دو برابر شود.
پژوهشگران مناطق قطب شمال و جنوب را از مهمترین محیطهای احتمالی برای استفاده از BioPykrete میدانند. انتقال بتن، فولاد و دیگر مصالح ساختمانی به این مناطق دشوار و پرهزینه است. ماده جدید بیشتر از یخ و سلولز گیاهی تشکیل شده است و میتواند برای برخی سازهها در محیطهای بسیار سرد، گزینهای زیستتخریبپذیر با ردپای کربنی کمتر باشد.
با وجود این، BioPykrete هنوز در مرحله اثبات مفهوم قرار دارد و برای استفاده ساختمانی آماده نیست. پژوهشگران باید دوام بلندمدت آن را بررسی کنند. واکنش ماده به چرخههای مکرر انجماد و ذوب نیز باید آزمایش شود. همچنین دانشمندان باید مشخص کنند که این ماده در اثر قرار گرفتن طولانیمدت زیر فشار ثابت چگونه تغییر شکل میدهد.
