用太空尘埃和人类体液可开发“宇宙混凝土”

2021-10-08 22:26:00     来源:科技日报 浏览:162
向火星运送一块砖的费用可能超过100万英镑——这使得未来在火星上建造家园的成本高得令人望而却步。据《今日材料Bio》杂志近日发表的研究,英国曼彻斯特大学的科学家们现已开发出一种可能克服这个问题的方法:

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曼彻斯特大学科学家制造“宇宙混凝土”。图片来源:英国曼彻斯特大学

向火星运送一块砖的费用可能超过100万英镑——这使得未来在火星上建造家园的成本高得令人望而却步。据《今日材料Bio》杂志近日发表的研究,英国曼彻斯特大学的科学家们现已开发出一种可能克服这个问题的方法:创造一种类似混凝土的材料,这种材料由外星尘埃以及宇航员的血液、汗水和泪水组成。

在这项研究中,来自人类血液的一种蛋白质与尿液、汗液或泪水中的一种化合物相结合,可以将模拟的月球或火星土壤黏合在一起,生产出一种比普通混凝土更坚固的材料,非常适合在外星环境中进行建筑工程。

这种方法早已有之,被称为原位资源利用,通常侧重于对松散岩石、火星土壤(称为风化层)和稀疏的水沉积物的使用。然而,还有一种被忽视的资源,那就是宇航员本身。

科学家们此次证明了血浆中的一种常见蛋白质——人血清白蛋白可以作为模拟月球或火星尘埃的黏合剂,从而制造出一种类似混凝土的材料。由此产生的新材料,被称为“宇宙混凝土”,抗压强度高达25兆帕,与普通混凝土中所见的20—32兆帕的抗压强度大致相同。

科学家们进一步发现,加入尿素可以将抗压强度进一步提高,性能最好的材料的抗压强度几乎达到40兆帕,大大超过普通混凝土的抗压强度。

科学家们计算出,以6名宇航员在火星表面执行为期两年的任务来计算,期间可以生产出500多公斤的高强度“宇宙混凝土”。如果将其用作沙袋或热熔风化层砖的砂浆,每个宇航员都可以生产出足够的“宇宙混凝土”来扩大栖息地,使每次连续任务的可用住房增加一倍,可支持额外的宇航员。

历史上,动物血也被用作砂浆黏合剂。科学家们研究了潜在的结合机制,发现血液蛋白变性或“凝结”可形成一种具有相互作用的扩展结构,这种被称为“β-折叠”的相互作用,可将材料紧密地结合在一起。

参与该项目的曼彻斯特大学的阿莱德·罗伯茨博士表示,令人兴奋的是,太空时代的一个重大挑战可能是在中世纪技术的启发下找到了解决方案。而“这个概念简直令人毛骨悚然。”

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