Resumen:
Durante la Segunda Guerra Mundial, los aliados propusieron una idea caprichosa: utilizar un material compuesto llamado Pykrete mezclado con hielo y pulpa de madera para construir un enorme portaaviones de hielo resistente a explosiones. Ahora, inspirados por esta suposición histórica, los investigadores científicos han desarrollado con éxito un nuevo material de construcción de ingeniería llamado "superhielo" con un salto cualitativo en rendimiento a través de la nanotecnología moderna y estructuras compuestas de base biológica. Su resistencia a la compresión es aproximadamente 10 veces mayor que la del hielo ordinario y ha superado por completo la fatal debilidad del hielo tradicional que se rompe fácilmente.
Como recurso natural extremadamente abundante y barato en zonas extremadamente frías, el hielo ha sido durante mucho tiempo difícil de utilizar como material estructural de soporte de carga confiable debido a su alta fragilidad. Aunque el hielo puro ordinario tiene cierta dureza, cuando se impacta o se somete a una fuerza desigual, pequeñas grietas internas se extenderán a través de él a una velocidad extremadamente rápida, haciendo que toda la estructura se rompa catastróficamente en un instante sin previo aviso. Aunque la parkerita durante la Segunda Guerra Mundial demostró que la fibra puede prevenir la propagación de grietas, su fuerza de unión microscópica y sus propiedades físicas aún eran difíciles debido a las condiciones técnicas de la época.
Para superar completamente este cuello de botella en la mecánica de materiales, el equipo de investigación científica comenzó desde la escala molecular y nanométrica, integrando celulosa vegetal (como cristales de nanocelulosa) y moléculas de proteínas especiales en agua en proporciones precisas para su congelación y cristalización. Durante el proceso de congelación de las moléculas de agua, estas nanofibras biológicas altamente dispersas se intercalan y entrelazan entre las partículas de cristales de hielo para formar una densa red reforzada tridimensional; al mismo tiempo, las moléculas de proteína proporcionan una fuerte adhesión intermolecular en la interfaz, evitando eficazmente la penetración continua y la expansión incontrolada de microfisuras dentro de los cristales de hielo.
Los datos de las pruebas mecánicas muestran que el límite de compresión de este nuevo tipo de "súper hielo" es aproximadamente diez veces mayor que el del hielo ordinario, lo que es comparable a la capacidad de carga mecánica de algunos morteros de cemento de grado de ingeniería. Lo que es aún más innovador es su dureza: los experimentos han confirmado que el material puede absorber una energía de impacto mecánico 70 veces mayor que el hielo ordinario antes de romperse y destruirse por completo. Incluso cuando la superficie resulta dañada por un fuerte golpe, las nanofibras entrelazadas en su interior "anclarán" la matriz, mostrando características de deformación progresiva similares a los materiales compuestos resistentes, despidiéndose por completo de las frágiles propiedades de la desintegración y trituración del hielo tradicional.
Además de su excelente resistencia física y mecánica, el material también tiene atributos ecológicos como biodegradación pura, cero emisiones de carbono y materiales locales. Los investigadores señalaron que este nuevo tipo de hielo reforzado fuerte proporciona una caja de herramientas de material estructural atractiva y de bajo costo para la construcción de infraestructura de estaciones de investigación científica polares, la construcción de ingeniería temporal en zonas de permafrost alpino, la cadena de frío polar y la protección de almacenamiento y transporte, e incluso la utilización de ingeniería in situ de los recursos de hielo de agua polar en la Luna o Marte en el futuro.
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