Учёные создали разновидность армированного льда, которая по прочности при сжатии приближается к обычному бетону и при этом не разрушается мгновенно, как традиционный лёд. Материал получил название BioPykrete и оказался примерно в 10 раз прочнее чистого льда. До разрушения он способен поглотить примерно в 70 раз больше энергии.
Разработка может найти применение в строительстве в экстремально холодных регионах, включая Арктику и Антарктику. Однако её долговечность при длительной эксплуатации пока требует проверки. Исследование под руководством профессора Идо Браславского из факультета сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды имени Роберта Х. Смита Еврейского университета в Иерусалиме опубликовано в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
В основе BioPykrete лежат нанокристаллы целлюлозы — небольшие жёсткие частицы растительного происхождения. Во время замерзания они образуют трёхмерную сеть вокруг микроскопических участков льда. Для усиления связи между компонентами исследователи создали белок, отдельные участки которого присоединяются к льду и целлюлозе.
Такой молекулярный «мост» закрепляет армирующую сеть в ледяной структуре. По сравнению с похожей смесью, где присутствовала целлюлоза без искусственно созданного белка, добавление белка вдвое увеличило прочность и способность материала поглощать энергию. По словам Браславского, задача заключалась не просто в смешивании волокон со льдом, а в управлении связями между компонентами на молекулярном уровне.
Обычный лёд разрушается внезапно, поскольку небольшие трещины быстро распространяются по его кристаллической структуре. В BioPykrete целлюлозная сеть препятствует движению трещин или меняет их направление, а белковые соединения затрудняют деформацию и разрыв этой сети. Поэтому для распространения повреждений требуется больше энергии, и материал ломается постепенно.
Идея основана на разработке времён Второй мировой войны — Pykrete, смеси льда с древесной пульпой, которая была прочнее необработанного льда и медленнее таяла. В новом варианте древесные волокна заменили наноразмерным армирующим компонентом, а молекулярные связи специально настроили для улучшения механических свойств. Исследователи планируют изучить развитие трещин, влияние повторных циклов замерзания и оттаивания, длительной нагрузки и постепенной деформации, а также проверить другие белки и способы замораживания; результаты работы опубликованы SciTechDaily.