Cientistas criam novo material cinco vezes mais leve e quatro vezes mais forte que o aço

Pela Universidade de Connecticut, 31 de julho de 2023

Pesquisadores da Universidade de Connecticut e colegas criaram um material leve e altamente durável estruturando o DNA e depois revestindo-o com vidro. O produto resultante, caracterizado por sua estrutura nanorreticulada, exibe uma combinação única de resistência e baixa densidade, tornando-o potencialmente útil em aplicações como fabricação de veículos e blindagem corporal. (Conceito do artista.)

Materials possessing both strength and lightness have the potential to enhance everything from automobiles to body armor. But usually, the two qualities are mutually exclusive. However, researchers at the University of Connecticut, along with their collaborators, have now crafted an incredibly strong yet lightweight material. Surprisingly, they achieved this using two unexpected building blocks: DNADNA, or deoxyribonucleic acid, is a molecule composed of two long strands of nucleotides that coil around each other to form a double helix. It is the hereditary material in humans and almost all other organisms that carries genetic instructions for development, functioning, growth, and reproduction. Nearly every cell in a person’s body has the same DNA. Most DNA is located in the cell nucleus (where it is called nuclear DNA), but a small amount of DNA can also be found in the mitochondria (where it is called mitochondrial DNA or mtDNA)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">DNA e vidro.

“For the given density, our material is the strongest known,” says Seok-Woo Lee, a materials scientist at UConn. Lee and colleagues from UConn, Columbia University, and Brookhaven National Lab report the details on July 19 in Cell Reports<em>Cell Reports</em> is a peer-reviewed scientific journal that published research papers that report new biological insight across a broad range of disciplines within the life sciences. Established in 2012, it is the first open access journal published by Cell Press, an imprint of Elsevier." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Cell relata ciência física.

A força é relativa. O ferro, por exemplo, pode suportar 7 toneladas de pressão por centímetro quadrado. Mas também é muito denso e pesado, pesando 7,8 gramas/centímetro cúbico. Outros metais, como o titânio, são mais fortes e mais leves que o ferro. E certas ligas que combinam vários elementos são ainda mais fortes. Materiais fortes e leves permitiram armaduras leves, melhores dispositivos médicos e tornaram carros e aviões mais seguros e rápidos.

Cientistas de materiais da UConn e do Laboratório Nacional de Brookhaven construíram um material excepcionalmente forte e leve a partir de DNA e vidro. A série de imagens no topo (A) mostra como o esqueleto da estrutura é montado com DNA e depois revestido com vidro. (B) mostra uma imagem de microscópio eletrônico de transmissão do material e (C) mostra uma imagem de microscópio eletrônico de varredura dele, com os dois painéis da direita ampliando características em diferentes escalas. Crédito: Universidade de Connecticut

A maneira mais fácil de ampliar a autonomia de um veículo elétrico, por exemplo, não é aumentar a bateria, mas sim tornar o próprio veículo mais leve, sem sacrificar a segurança e a vida útil. Mas as técnicas metalúrgicas tradicionais atingiram um limite nos últimos anos, e os cientistas de materiais tiveram que ser ainda mais criativos para desenvolver novos materiais leves e de alta resistência.

Agora, Lee e colegas relatam que, ao construir uma estrutura a partir de ADN e depois revesti-la com vidro, criaram um material muito forte com densidade muito baixa. O vidro pode parecer uma escolha surpreendente, pois quebra facilmente. No entanto, o vidro geralmente quebra devido a uma falha – como uma rachadura, um arranhão ou falta de átomos – em sua estrutura. Um centímetro cúbico de vidro impecável pode suportar 10 toneladas de pressão, mais de três vezes a pressão que implodiu o submersível Oceangate Titan perto do Titanic no mês passado.