Bởi Pesach Benson • 16 tháng 9 năm 2026

Jerusalem, 16 tháng 9 năm 2026 (TPS-IL) — Các nhà khoa học Israel đã phát triển một loại băng gia cố mới có độ bền gấp khoảng 10 lần so với băng thông thường dưới lực nén và có thể hấp thụ năng lượng nhiều hơn khoảng 70 lần trước khi bị phá hủy — một bước đột phá cuối cùng có thể dẫn đến các vật liệu xây dựng mới cho môi trường cực kỳ lạnh giá.

Vật liệu này, có tên là BioPykrete, kết hợp băng với các tinh thể nano cellulose, những hạt cứng nhỏ làm từ cellulose, vật liệu tự nhiên tạo nên cấu trúc của thực vật. Một loại protein được thiết kế đặc biệt đóng vai trò như một cầu nối phân tử, củng cố liên kết giữa băng và cellulose đồng thời giúp ngăn chặn các vết nứt lan rộng.

Khuôn viên Đại học Hebrew Jerusalem vào ngày 3 tháng 8 năm 2023. Ảnh của Yoav Dudkevitch/TPS-IL

Tiến bộ này cuối cùng có thể giải quyết một thách thức thực tế ở một số vùng hẻo lánh và lạnh giá nhất thế giới: vận chuyển vật liệu xây dựng truyền thống. Bê tông, thép và các vật liệu khác có thể nặng, đắt đỏ và khó di chuyển đến các địa điểm ở Bắc Cực và Nam Cực.

Ngược lại, băng rất dồi dào và có sẵn tại địa phương nhưng thông thường quá giòn để sử dụng làm kết cấu. BioPykrete có khả năng làm cho các công trình tạm thời hoặc chuyên dụng trở nên khả thi ở những nơi việc vận chuyển vật liệu truyền thống gặp nhiều khó khăn.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí phản biện chuyên khảo Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, do Giáo sư Ido Braslavsky thuộc Đại học Hebrew Jerusalem dẫn đầu. Các thành viên khác trong nhóm nghiên cứu đến từ Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne của Thụy Sĩ, Technion và Đại học Ben-Gurion ở Negev.

Làm cho băng cứng hơn

Khi BioPykrete đóng băng, các tinh thể nano cellulose tạo thành một mạng lưới ba chiều bên trong lớp băng. Protein được thiết kế liên kết hai vật liệu ở cấp độ phân tử, với một phần gắn vào băng và phần khác gắn vào cellulose.

Braslavsky cho biết: “Chúng tôi muốn tiến xa hơn việc đơn giản là trộn các loại sợi vào băng và thay vào đó kiểm soát cách các vật liệu khác nhau liên kết ở cấp độ phân tử”.

Mối liên kết đó dường như rất quan trọng đối với hiệu suất của vật liệu. Các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy BioPykrete đạt cường độ nén nằm trong phạm vi của bê tông truyền thống, khiến nó có độ bền nén cao gấp khoảng 10 lần so với băng nguyên chất.

Độ dẻo dai của nó thậm chí còn nổi bật hơn: BioPykrete hấp thụ năng lượng nhiều hơn khoảng 70 lần trước khi bị phá hủy so với băng thông thường.

Các nhà nghiên cứu cũng so sánh các vật liệu tổng hợp băng-cellulose có và không có protein được thiết kế. Việc bổ sung protein đã làm tăng gấp đôi sức mạnh của vật liệu và lượng năng lượng mà nó có thể hấp thụ trước khi bị phá hủy.

Sự khác biệt nằm ở những gì xảy ra khi một vết nứt hình thành. Ở băng thông thường, một vết nứt có thể lan rộng nhanh chóng qua vật liệu, khiến nó vỡ vụn đột ngột. Trong BioPykrete, mạng lưới cellulose tạo ra các chướng ngại vật làm gián đoạn đường đi của vết nứt, trong khi protein củng cố liên kết giữa băng và cellulose, khiến vết nứt khó xé rách mạng lưới gia cố hơn.

Nghiên cứu mô tả loại protein này là một “‘chất kết dính sinh học’ phân tử” và báo cáo rằng cấu trúc được gia cố có thể “ngăn chặn sự lan truyền vết nứt ở cấp độ lỗ rỗng”.

Braslavsky cho biết: “Chúng tôi không chỉ thay đổi độ bền của băng mà còn thay đổi cách nó nứt vỡ. Thay vì vỡ vụn đột ngột, nó có thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn và biến dạng dần dần”.

Các nhà nghiên cứu hình dung ra các ứng dụng khả thi trong môi trường Bắc Cực và Nam Cực, nơi việc vận chuyển vật liệu xây dựng truyền thống có thể khó khăn và tốn kém.

Tuy nhiên, BioPykrete vẫn là một bằng chứng về khái niệm trong phòng thí nghiệm, chứ chưa phải là vật liệu thay thế sẵn có cho bê tông. Cần có thêm nghiên cứu để xác định hiệu suất của nó trong thời gian dài, bao gồm cả trong điều kiện đóng băng và tan băng lặp đi lặp lại cũng như áp lực duy trì.