یخ جدیدی با استحکام بتن ساخته شد

کد خبر: ۹۴۱۲۴۵ تاریخ انتشار: ۲۴ : ۲۳ – ۰۵ مهر ۱۴۰۵

دانشمندان موفق به ساخت نوعی یخ تقویت‌شده به نام BioPykrete شده‌اند که حدود ۱۰ برابر از یخ معمولی مقاوم‌تر است و می‌تواند تا ۷۰ برابر انرژی بیشتری قبل از شکستن جذب کند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که مقاومت آن به بتن شباهت داشته باشد. برخلاف یخ معمولی که به‌طور ناگهانی خرد می‌شود، این ماده به‌تدریج تغییر شکل داده و می‌شکند.

به گزارش انتخاب، پژوهشگران برای تولید BioPykrete، ایده قدیمی تقویت یخ را به سطح مولکولی ارتقا داده‌اند. آن‌ها یخ را با بلورهای نانویی سلولز ترکیب کرده‌اند. این ذرات کوچک و سخت از سلولز (ماده طبیعی سازنده ساختار گیاهان) تشکیل شده‌اند.

زمانی که مخلوط یخ و سلولز یخ می‌زند، بلورهای سلولز یک شبکه سه‌بعدی در اطراف بخش‌های میکروسکوپی یخ ایجاد می‌کنند. پژوهشگران همچنین پروتئینی طراحی کرده‌اند که می‌تواند به هر دو ماده متصل شود. یک بخش این پروتئین به یخ و بخش دیگر به سلولز متصل می‌شود و مانند چسب مولکولی، دو ماده را به هم متصل نگه می‌دارد.

تقویت یخ موضوع جدیدی نیست. در دوران جنگ جهانی دوم، پژوهشگران 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. رویکرد جدید این است که پژوهشگران نه‌تنها مواد تقویت‌کننده را به یخ اضافه کرده‌اند، بلکه نحوه اتصال آن‌ها را نیز در مقیاس مولکولی کنترل کرده‌اند.

در یخ معمولی، ترک‌های کوچک می‌توانند به سرعت گسترش یابند و باعث شکست ناگهانی ساختار شوند. اما در BioPykrete، شبکه سلولزی و پیوندهای ایجادشده توسط پروتئین، حرکت ترک‌ها را دشوارتر می‌کنند. زمانی که ترک درون یخ شروع به گسترش می‌کند، به شبکه سلولزی برخورد کرده و این شبکه مانع پیشروی آن می‌شود. پروتئین طراحی‌شده نیز با اتصال شبکه سلولزی به یخ، ساختار را محکم‌تر 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 داده‌اند که BioPykrete در تحمل فشار حدود ۱۰ برابر مقاوم‌تر از یخ خالص است و به سطح مقاومتی مشابه بتن معمولی می‌رسد. این ماده همچنین قبل از شکست، حدود ۷۰ برابر انرژی بیشتری جذب می‌کند.

پژوهشگران بر این باورند که 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 تشکیل شده است، پژوهشگران معتقدند که ممکن است در برخی سازه‌های واقع در شرایط سرمای شدید، به‌عنوان جایگزینی زیست‌تخریب‌پذیر و با ردپای کربنی کمتر برای برخی مصالح استفاده شود.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Colloids and Surfaces B: Biointerfaces منتشر شده است.