Учёные создали разновидность армированного льда BioPykrete, которая по прочности при сжатии приближается к обычному бетону. По сравнению с чистым льдом новый материал примерно в 10 раз прочнее и способен поглотить примерно в 70 раз больше энергии до разрушения. Результаты исследования опубликованы SciTechDaily со ссылкой на журнал Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
В отличие от обычного льда, который может внезапно расколоться при распространении трещины, BioPykrete деформируется и разрушается постепенно. Разработкой руководил профессор Идо Браславский из факультета сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды имени Роберта Смита Еврейского университета в Иерусалиме. Материал рассматривают как возможный строительный ресурс для экстремально холодных регионов.
Основой армирующей структуры стали нанокристаллы целлюлозы — небольшие жёсткие частицы природного вещества, формирующего каркас растений. Во время замерзания они создают трёхмерную сеть вокруг микроскопических участков льда. Для более прочного соединения компонентов исследователи разработали белок с отдельными участками, способными связываться со льдом и целлюлозой.
Такой молекулярный «мост» закрепляет целлюлозную сеть внутри льда и делает общую структуру более связной. Добавление белка вдвое увеличило прочность и способность поглощать энергию по сравнению с похожей смесью, где присутствовала целлюлоза, но не было специально созданного белка. По словам Браславского, задача заключалась не просто в смешивании волокон со льдом, а в управлении связями между материалами на молекулярном уровне.
У обычного льда небольшие трещины быстро проходят через кристаллическую структуру, вызывая хрупкое разрушение. В BioPykrete целлюлозная сеть может прерывать или менять направление таких трещин, а белковые соединения повышают энергию, необходимую для их распространения. Идея основана на разработанном во время Второй мировой войны Pykrete — смеси льда с древесной пульпой, которая была прочнее чистого льда и медленнее таяла.
Исследователи допускают применение BioPykrete в Арктике и Антарктике, где доставка бетона и стали может быть дорогой и сложной. Поскольку материал в основном состоит из льда и целлюлозы растительного происхождения, в будущем он может стать биоразлагаемой альтернативой для отдельных конструкций с меньшим углеродным следом. Пока разработка остаётся лабораторным подтверждением концепции: учёным предстоит проверить её поведение при многократном замораживании и оттаивании, длительной нагрузке и постоянном давлении, а также изучить другие белки и способы заморозки.