ابداع جدید دانشمندان: ساخت یخ جدیدی که مقاومتی شبیه بتن دارد

دانشمندان نوعی یخ تقویت‌شده به نام BioPykrete ساخته‌اند که حدود ۱۰ برابر از یخ معمولی مقاوم‌تر است و پیش از شکستن می‌تواند حدود ۷۰ برابر انرژی بیشتری جذب کند، چنین مقاومتی را می‌توان با بتن مقایسه کرد. این ماده به‌جای اینکه مانند یخ معمولی ناگهان خرد شود، به‌تدریج تغییر شکل می‌دهد و می‌شکند. پژوهشگران برای ساخت BioPykrete، ایده قدیمی تقویت یخ را به سطح مولکولی برده‌اند. آن‌ها یخ را با بلورهای نانویی سلولز ترکیب کردند. این ذرات بسیار کوچک و سخت از سلولز (ماده طبیعی سازنده ساختار گیاهان) تشکیل شده‌اند. هنگام یخ‌زدن مخلوط، بلورهای سلولز شبکه‌ای سه‌بعدی در اطراف بخش‌های میکروسکوپی یخ ایجاد می‌کنند. پژوهشگران سپس پروتئینی طراحی کردند که می‌تواند هم به یخ و هم به سلولز متصل شود. یک بخش این پروتئین به یخ و بخش دیگر به سلولز متصل می‌شود و مانند نوعی چسب مولکولی، دو ماده را به یکدیگر متصل نگه می‌دارد. ساخت یخ با ۱۰ برابر مقاومت بیشتر ایده تقویت یخ موضوع جدیدی نیست. پژوهشگران در دوران جنگ جهانی دوم ماده‌ای به نام Pykrete را آزمایش کرده بودند که از ترکیب یخ و خمیر چوب ساخته می‌شد و نسبت به یخ معمولی استحکام بیشتری داشت و دیرتر ذوب می‌شد. تفاوت رویکرد جدید این است که پژوهشگران نه‌فقط مواد تقویت‌کننده را به یخ اضافه کرده‌اند، بلکه نحوه اتصال آن‌ها را نیز در مقیاس مولکولی کنترل کرده‌اند. در یخ معمولی، حتی ترک‌های کوچک می‌توانند به‌سرعت گسترش پیدا کنند و باعث شکست ناگهانی ساختار شوند. در BioPykrete، شبکه سلولزی و پیوندهای ایجادشده توسط پروتئین، حرکت ترک‌ها را دشوارتر می‌کنند. وقتی ترک درون یخ شروع به گسترش می‌کند، به شبکه سلولزی برخورد می‌کند و این شبکه مانعی در برابر پیشروی آن می‌شود. پروتئین طراحی‌شده نیز با اتصال شبکه سلولزی به یخ، این ساختار را محکم می‌کند. در نتیجه، انرژی بیشتری برای تغییر شکل یا پاره‌کردن شبکه مورد نیاز است و ترک می‌تواند متوقف یا به مسیر دیگری هدایت شود. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان دادند BioPykrete هنگام تحمل فشار حدود ۱۰ برابر مقاوم‌تر از یخ خالص است و به سطح مقاومتی مشابه بتن معمولی می‌رسد. این ماده همچنین پیش از شکست، حدود ۷۰ برابر انرژی بیشتری جذب می‌کند. پژوهشگران تصور می‌کنند BioPykrete در آینده می‌تواند در مناطق قطبی شمال و جنوب مورد استفاده قرار گیرد؛ مناطقی که انتقال بتن، فولاد و سایر مصالح ساختمانی به آن‌ها می‌تواند پرهزینه و دشوار باشد. از آنجا که این ماده عمدتاً از یخ و سلولز گیاهی ساخته شده است، پژوهشگران می‌گویند احتمال دارد در برخی سازه‌های واقع در شرایط سرمای شدید، جایگزینی زیست‌تخریب‌پذیر و با ردپای کربنی کمتر برای برخی مصالح باشد. یافته‌های این پژوهش در ژورنال Colloids and Surfaces B: Biointerfaces منتشر شده است. منبع: دیجیاتو