Gli scienziati creano un nuovo materiale cinque volte più leggero e quattro volte più resistente dell'acciaio

Dall'Università del Connecticut31 luglio 2023

Ricercatori dell'Università del Connecticut e colleghi hanno creato un materiale altamente resistente e leggero strutturando il DNA e rivestendolo poi in vetro. Il prodotto risultante, caratterizzato dalla sua struttura a nanoreticolo, presenta una combinazione unica di resistenza e bassa densità, rendendolo potenzialmente utile in applicazioni come la produzione di veicoli e le protezioni per la carrozzeria. (Concetto dell'artista.)

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"}]">DNA e vetro.

“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"}]">La cella riporta la scienza fisica.

La forza è relativa. Il ferro, ad esempio, può sopportare 7 tonnellate di pressione per centimetro quadrato. Ma è anche molto denso e pesante, pesa 7,8 grammi per centimetro cubo. Altri metalli, come il titanio, sono più resistenti e leggeri del ferro. E alcune leghe che combinano più elementi sono ancora più resistenti. Materiali resistenti e leggeri hanno consentito la realizzazione di armature leggere, dispositivi medici migliori e automobili e aeroplani più sicuri e veloci.

Gli scienziati dei materiali dell'UConn e del Brookhaven National Laboratory hanno costruito un materiale eccezionalmente resistente e leggero utilizzando DNA e vetro. La serie di immagini in alto (A) mostrano come lo scheletro della struttura viene assemblato con DNA, quindi rivestito con vetro. (B) mostra un'immagine al microscopio elettronico a trasmissione del materiale e (C) ne mostra un'immagine al microscopio elettronico a scansione, con i due pannelli di destra che ingrandiscono le caratteristiche su scale diverse. Credito: Università del Connecticut

Il modo più semplice per estendere l’autonomia di un veicolo elettrico, ad esempio, non è aumentare la batteria ma piuttosto rendere il veicolo stesso più leggero senza sacrificare la sicurezza e la durata. Ma le tecniche metallurgiche tradizionali hanno raggiunto un limite negli ultimi anni e gli scienziati dei materiali hanno dovuto diventare ancora più creativi per sviluppare nuovi materiali leggeri e ad alta resistenza.

Ora, Lee e colleghi riferiscono che costruendo una struttura di DNA e poi rivestendola con vetro, hanno creato un materiale molto resistente con una densità molto bassa. Il vetro potrebbe sembrare una scelta sorprendente, poiché si frantuma facilmente. Tuttavia, il vetro solitamente si frantuma a causa di un difetto nella sua struttura, come una crepa, un graffio o la mancanza di atomi. Un perfetto centimetro cubo di vetro può resistere a 10 tonnellate di pressione, più di tre volte la pressione che ha fatto implose il sommergibile Oceangate Titan vicino al Titanic il mese scorso.