Wissenschaftler haben ein neues Material geschaffen, das fünfmal leichter und viermal stärker als Stahl ist • Mezha.Media

Forscher der University of Connecticut haben ein sehr starkes und leichtes Material geschaffen, indem sie DNA strukturiert und mit einer Nanoschicht aus Glas beschichtet haben. Das resultierende Produkt, das eine Nanogitterstruktur aufweist, weist eine einzigartige Kombination aus Festigkeit und geringer Dichte auf, was es möglicherweise in vielen Anwendungsbereichen nützlich macht, schreibt SciTechDaily.

Zunächst schuf das Wissenschaftlerteam eine Struktur aus selbstorganisierter DNA, in der DNA-Stücke einer bestimmten Länge und chemischen Zusammensetzung zu einem Skelett des Materials kombiniert werden. Dann bedeckten sie die DNA mit einer sehr dünnen Schicht aus glasartigem Material, die nur wenige hundert Atome dick war. Das Glas bedeckt nur die DNA-Stränge und lässt einen großen Teil des Volumens leer, was dazu beiträgt, die Dichte des Materials, also in Zukunft eine Masse an fertigen Dingen, zu reduzieren.

Glas scheint eine sehr unlogische Wahl für ein ultrahartes Material zu sein, da gewöhnliches, haushaltsübliches Glas leicht zerbricht. Dies liegt jedoch daran, dass wir nicht wissen, wie man wirklich große Glasstücke ohne Strukturfehler, Risse, Kratzer oder Hohlräume herstellen kann. Während kleine Glasstücke makellos hergestellt werden können, haben Nanostücke fast immer eine makellose Struktur. Aber solch ein makelloser Kubikzentimeter Glas kann einem Druck von 10 Tonnen standhalten, was mehr als dem Dreifachen des Drucks entspricht, der im Juni 2023 das U-Boot Oceangate Titan zerstörte.

Das DNA-Skelett, verstärkt mit einer ultradünnen Schicht aus makellosem Glas, machte das neue Material sehr stark, während die Hohlräume, die den größten Teil des Materialvolumens ausmachen, es leicht machten. Dadurch sind Glas-Nanogitterstrukturen viermal stärker, aber fünfmal weniger dicht als Stahl. Eine solch ungewöhnliche Kombination aus geringem Gewicht und hoher Festigkeit wird erstmals beobachtet.

„Die Möglichkeit, mithilfe von DNA entworfene 3D-Gerüst-Nanomaterialien herzustellen und diese zu mineralisieren, eröffnet enorme Möglichkeiten für die Entwicklung mechanischer Eigenschaften. Bis wir es als Technologie einsetzen können, ist aber noch viel Forschungsarbeit nötig“, sagt Oleg Gang, einer der Erfinder des neuen Materials.

Derzeit arbeitet das Team mit der gleichen DNA-Struktur, ersetzt jedoch das Glas durch eine noch stärkere Karbidkeramik. Sie planen, mit verschiedenen DNA-Strukturen zu experimentieren, um herauszufinden, welche Struktur das Material am stärksten macht. Zukünftige Materialien, die auf demselben Konzept basieren, sind als energiesparende Materialien für Fahrzeuge und andere Geräte, die Festigkeit und Leichtigkeit erfordern, vielversprechend. Seok-Woo Lee, ein weiterer Wissenschaftler dieses Projekts, glaubt, dass die DNA-Origami-Nanoarchitektur den Weg zur Schaffung neuer, leichterer und stärkerer Materialien ebnen wird, die wir uns bisher noch nicht einmal vorgestellt haben.