Учёные создали суперлёд в 10 раз прочнее обычного и почти не уступающий бетону

Каждый, кто хоть раз поскользнулся и упал на толстый лёд, может подтвердить его прочность. Однако новый материал, созданный группой исследователей, оставляет обычный замёрзший водоём позади.

Так называемый суперлёд выдерживает в 10 раз большую нагрузку на сжатие, чем обычный лёд, и по этому показателю приближается к бетону.

Материал получил название BioPykrete. Его разработала команда под руководством специалистов Еврейского университета в Иерусалиме. Композит состоит из трёх компонентов:

• водяной лёд

• нанокристаллы целлюлозы растительного происхождения

• специально сконструированный белок CBM3a-AFPIII

Прочность на сжатие стала не единственным преимуществом. До разрушения BioPykrete поглощает примерно в 70 раз больше энергии, чем обычный лёд.

Для строительства особенно важен характер разрушения. Обычный лёд ломается внезапно – трещины мгновенно пробегают через всю толщу, и конструкция теряет целостность без предупреждения. BioPykrete деформируется и поддаётся постепенно, что заметно повышает его ценность как строительного материала.

Профессор Идо Браславский, один из руководителей исследования, пояснил замысел команды:

Мы хотели выйти за рамки простого смешивания волокон со льдом и вместо этого управлять тем, как разные материалы соединяются на молекулярном уровне.

При замерзании нанокристаллы целлюлозы выстраиваются в трёхмерную сеть вокруг микроскопических ледяных ячеек. Белок CBM3a-AFPIII работает как молекулярный клей и связывает компоненты между собой. Одна его часть, созданная на основе антифризного белка III типа, прикрепляется ко льду, а другая, целлюлозосвязывающий модуль, соединяется с целлюлозой.

По мнению исследователей, такая армированная сеть мешает трещинам свободно распространяться. Добавление белка удвоило и прочность на сжатие, и поглощение энергии по сравнению с идентичной смесью льда и целлюлозы без него. Согласно данным исследования, именно эти крошечные молекулярные связи берут на себя основную часть нагрузки.

У идеи есть давний предшественник – во время Второй мировой войны Великобритания рассматривала возможность построить авианосец из пайкрита, смеси льда и древесной массы, названной в честь изобретателя Джеффри Пайка. От затеи в итоге отказались, но сам принцип армирования замёрзшей воды не забылся.

На этот раз создатели материала нацелены на строительство в Арктике и Антарктике. Доставка бетона и стали в эти регионы обходится дорого и сопряжена с серьёзными логистическими трудностями. Материал, основу которого составляют вода и растительная целлюлоза, может стать биоразлагаемой альтернативой с потенциально меньшим углеродным следом.

Пока исследование остаётся лишь подтверждением концепции. Говоря о следующих шагах, авторы работы написали, что "для подтверждения пригодности материала для инфраструктуры потребуются дополнительные испытания на долговечность, циклы замораживания и оттаивания, ползучесть и оценка жизненного цикла".