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Jul 05, 2023

Des scientifiques créent un nouveau matériau cinq fois plus léger et quatre fois plus résistant que l'acier

Par Université du Connecticut, 31 juillet 2023 Des chercheurs de l'Université du Connecticut et leurs collègues ont créé un matériau léger et très durable en structurant l'ADN, puis en l'enrobant de

Par Université du Connecticut31 juillet 2023

Des chercheurs de l'Université du Connecticut et leurs collègues ont créé un matériau léger et très durable en structurant l'ADN, puis en l'enrobant de verre. Le produit obtenu, caractérisé par sa structure en nano-réseau, présente une combinaison unique de résistance et de faible densité, ce qui le rend potentiellement utile dans des applications telles que la fabrication de véhicules et les gilets pare-balles. (Concept de l'artiste.)

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"}]">ADN et verre.

“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 rapporte la science physique.

La force est relative. Le fer, par exemple, peut supporter 7 tonnes de pression par centimètre carré. Mais il est également très dense et lourd, pesant 7,8 grammes/centimètre cube. D'autres métaux, comme le titane, sont plus résistants et plus légers que le fer. Et certains alliages combinant plusieurs éléments sont encore plus résistants. Des matériaux solides et légers ont permis de créer des gilets pare-balles légers, de meilleurs dispositifs médicaux et de rendre les voitures et les avions plus sûrs et plus rapides.

Les scientifiques des matériaux d'UConn et du Brookhaven National Laboratory ont construit un matériau exceptionnellement solide et léger à partir d'ADN et de verre. La série d'images en haut (A) montre comment le squelette de la structure est assemblé avec de l'ADN, puis recouvert de verre. (B) montre une image du matériau au microscope électronique à transmission, et (C) en montre une image au microscope électronique à balayage, les deux panneaux de droite zoomant sur des caractéristiques à différentes échelles. Crédit : Université du Connecticut

Le moyen le plus simple d’étendre l’autonomie d’un véhicule électrique, par exemple, n’est pas d’agrandir la batterie mais plutôt d’alléger le véhicule lui-même sans sacrifier la sécurité et la durée de vie. Mais les techniques métallurgiques traditionnelles ont atteint leurs limites ces dernières années et les scientifiques en matériaux ont dû faire preuve d'encore plus de créativité pour développer de nouveaux matériaux légers à haute résistance.

Aujourd'hui, Lee et ses collègues rapportent qu'en construisant une structure à partir d'ADN puis en la recouvrant de verre, ils ont créé un matériau très résistant avec une très faible densité. Le verre peut sembler un choix surprenant, car il se brise facilement. Cependant, le verre se brise généralement à cause d’un défaut – comme une fissure, une égratignure ou des atomes manquants – dans sa structure. Un centimètre cube de verre impeccable peut résister à 10 tonnes de pression, soit plus de trois fois la pression qui a implosé le submersible Oceangate Titan près du Titanic le mois dernier.