研究人员通过将植物纳米晶体与特定蛋白引入冰中，研发出强度提升10倍的超级冰，未来有望用于极地环保建筑。
二战期间，英国皇家海军曾尝试利用木浆加固的冰块来建造航空母舰。这种被称为Pykrete的复合材料只要保持结冰状态，强度堪比混凝土。这艘船本质上是一个漂浮且定制的加固冰山，供飞机起降。不过由于造价上升以及有了更好的替代方案，该项目最终被放弃。
如今，由耶路撒冷希伯来大学团队领导的研究人员继承并升级了1940年代的构想，研发出一种被称为BioPykrete的新型材料。他们通过在冰中添加植物基晶体和一种定制蛋白质，制成了强度达到普通冰10倍的新材料，并且在断裂前能够多吸收70倍的能量。
关于这种新型材料的研究成果已发表在《胶体与表面B：生物界面》期刊上，研发团队希望它未来能够作为一种建筑材料。
耶路撒冷希伯来大学生物学家Ido Braslavsky表示，研究团队希望超越单纯将纤维混合到冰中的传统做法，而是在分子层面精准控制不同材料的连接方式。这种机制不仅提升了冰的强度，也改变了它的破坏模式。它不会突然碎裂，而是能够吸收更多能量并逐渐发生变形。
这一次的应用目标不再是建造航空母舰，而是针对北极和南极等偏远寒冷地区的工程建设。在这些地方，传统的建造方法往往难以实施。由于不需要混凝土或钢材，主要原料仅为冰和植物基纤维素，因此这是一种低碳排放且可生物降解的环保建筑材料。
研究人员在论文中指出，建筑业虽然是全球经济的支柱，但同时也是最主要的污染源之一，产生了大量碳排放并消耗巨量资源。生物技术为开发新型可持续生物材料提供了变革性的途径。
不过，这种超级冰要真正用于建筑工程还需要一段时间。本次研究只是一项小规模的概念验证测试，后续还需要开展更多研究，测试材料在长期使用和环境变化下的耐久表现。
与木浆中较粗且无序的纤维不同，研究人员这次使用的是纤维素纳米晶体。纤维素是植物的主要结构材料，在纳米晶体状态下，它可以作为其他材料的微观强化剂，从根本上阻止裂纹轻易扩散。
研究中使用的蛋白质被称为CBM3a与AFPIII组合蛋白，它由抗冻蛋白和碳水化合物结合模块融合而成。它的主要作用类似于胶水，将纤维素纳米晶体与冰紧密粘合在一起。在扫描电子显微镜下，冻干样品展示出微小纤维素晶体形成的网状结构，显微图像分别放大了40倍和90倍，相关图像由Yulia Baron和Dr. Liat Bahari拍摄，材料样品照片由Chen Adar提供。
这是一个巧妙的思路。研究人员认为，通过调整配方和结冰工艺，有可能进一步提升超级冰的性能。优化凝固动力学与冻结方案，并开发多样化的蛋白质变体，有望制造出强度更高的复合材料。
除了测试材料的耐久性，研究人员还打算仔细观察裂纹在材料中的扩展过程，以确认其背后的强化机制。从长远来看，这种利用定制蛋白质将冰与纤维素结合的方法，将为包装和建筑等领域的材料应用开辟全新的前景。
研究人员表示，通过消除重组蛋白设计与结构工程之间的隔阂，他们成功开发出一种专为应对严酷极端环境而设计的高性能材料。
原文：https://www.sciencealert.com/a-new-super-ice-is-10-times-stronger-bringing-it-close-to-the-strength-of-concrete