科學家結合植物纖維素與蛋白質，開發堪比水泥的超強化冰
我們知道冰塊有個致命弱點，就是脆。平常看起來堅硬，但只要出現一道微小裂痕就會以極快速度擴散，導致整個結構毫無預警瞬間崩碎。為善用這種低廉易取得材料，以色列希伯來大學團隊開發出新型強化冰，抗壓強度約普通冰 10 倍，且破裂前可吸收比普通冰高約 70 倍能量。
強化冰並非近年新興概念，早在二戰期間，英國為了打造不會被擊沉的航空母艦，曾實驗將約 14% 紙漿混合 86% 冰製成複合材料「派克里特（Pykrete）」，融化速度極慢（導熱率極低），和普通冰相比，強度甚至接近混凝土。
希伯來大學材料科學家 Ido Braslavsky 團隊進一度將該概念推進到奈米與分子尺度，開發稱為 BioPykrete 的新型強化冰。
BioPykrete 由冰與纖維素奈米微晶（cellulose nanocrystal）混合而成，後者是纖維素（植物結構天然材料）製成的極小堅硬顆粒。當混合物凍結，纖維素奈米微晶會在冰晶周圍形成三維網狀結構。
接著研究人員設計一種可附著在冰與纖維素奈米微晶上的蛋白質，這種蛋白一端能牢牢附著在冰晶，另一端則能附著在纖維素，就像分子膠水一樣緊密連結整個結構。
普通冰之所以脆弱，是因為一旦裂紋開始擴散，就會像多米諾骨牌效應瞬間貫穿整個材料，但在 BioPykrete 強化冰中，裂紋擴散會立刻撞上纖維素奈米微晶形成的「障礙網」，大幅吸收裂紋擴散能量，且最終崩碎形式為「逐步變形」而非「突然斷裂」。
根據實驗室測試結果，BioPykrete 抗壓強度為純冰 10 倍，強度接近傳統混凝土，崩碎前吸收的能量更比純冰高出約 70 倍。
團隊主要設想將 BioPykrete 應用於南北極地區建築材料，在極地運輸一噸混凝土成本可能比在赤道地區高出數十倍，BioPykrete 優勢在於就地取材，適合建造臨時或半永久性結構，如科研站牆壁、倉庫，甚至機場跑道強化層。
不過研究人員也強調新型冰仍處於概念階段，離實際應用還有很長一段路要走，冰在恆定壓力下依舊會緩慢變形，BioPykrete 能否抵抗長時間結構負荷尚待驗證，科學家也需進一步確認 BioPykrete 可否承受反覆凍融。
新論文發表在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》期刊。
Scientists create 'super ice' that is ten times stronger and far harder to shatter
Biomimetic engineering of a fortified ice composite with enhanced mechanical properties
（首圖來源：團隊線上論文）