科學家研發新型強化冰塊 BioPykrete 其強度超越混凝土

科學家們開發出一種新型冰塊，強度約為普通冰的十倍，稱為 BioPykrete。這種增強型冰的強度可媲美混凝土。由耶路撒冷希伯來大學的科學家研製，BioPykrete 的特點在於其不會突然破裂，而是會逐漸彎曲和斷裂，這使其在地球上某些最寒冷的地區作為建築材料的潛力得以發揮。

BioPykrete 的增強技術

研究人員通過將冰與微小的植物晶體及專門設計的蛋白質進行增強，創造出一種強度可媲美混凝土的材料，且在破裂之前可吸收約 70 倍的能量。希伯來大學羅伯特·H·史密斯農業、食品與環境學院的教授伊多·布拉斯拉夫斯基表示：「我們希望不僅僅是將纖維混合到冰中，而是控制不同材料在分子層面的連接方式。結果不僅改變了冰的強度，還改變了其破裂的方式。這種冰可以吸收更多能量並逐漸變形，而不是突然破裂。」

增強冰的概念並不新穎。在第二次世界大戰期間，研究人員曾實驗過 Pykrete，這是一種冰與木漿的混合物，其強度更高且融化速度比普通冰慢。研究小組將這一概念進一步推進到分子層面，將冰與纖維素納米晶體混合，這些極小、堅硬的顆粒由纖維素構成，纖維素是賦予植物結構的天然材料。當混合物凍結時，顆粒在微觀冰塊周圍形成三維網絡。科學家們還設計了一種蛋白質，可以同時附著於兩種材料上，蛋白質的一部分與冰結合，而另一部分則與纖維素結合。

根據新聞稿，這種蛋白質像分子膠水一樣，幫助將整個結構固定在一起。

實驗室測試發現，BioPykrete 在壓縮下的強度約為純冰的十倍，達到與傳統混凝土相似的強度水平。它還能在破裂前吸收約 70 倍的能量。研究人員指出，這種工程蛋白質在其中扮演了重要角色：添加它使材料的強度和能量吸收能力翻倍，相較於不含分子橋的冰和纖維素混合物。

未來應用與挑戰

研究人員想像 BioPykrete 主要用於北極和南極地區，因為在這些地區運輸混凝土、鋼材及其他建築材料既昂貴又困難。由於該材料主要由冰和植物纖維素組成，因此在極端寒冷的環境中，可能成為某些結構的生物可降解、低碳足跡替代品。不過，目前尚不會用 BioPykrete 建造住宅，因為這種材料仍處於概念驗證階段，需進一步測試。科學家需要了解其在長時間內的性能，以及在反覆凍結和融化的情況下的表現，還有在持續壓力下是否會逐漸變形。

BioPykrete 的潛在應用與挑戰

BioPykrete 的研發代表了冰材料科學的一個重要進步，特別是在極端寒冷環境中的應用潛力。這種新型冰不僅強度高，還具備優越的能量吸收能力，這使其在建築材料上具有獨特的優勢。由於其主要成分為植物纖維素，BioPykrete 可能成為一種環保的建材選擇，尤其是在北極和南極等地。然而，該材料仍需進一步測試以確保其長期穩定性和耐用性，這是推廣應用的關鍵因素。