Ученые сделали шелк прочнее! Спасибо графену и углеродным нанотрубкам

Шелк, как известно, является одним из самых прочных материалов природного происхождения. Этот материал уже давно используется людьми, благодаря его бесценным свойствам. Тем не менее, наука не стоит на месте и, памятуя о лозунге “нет предела совершенству”, ученые нашли способ увеличения прочностных характеристик и этому материалу.

Так, группа ученых из итальянского университета Тренто, провела ряд изысканий и разработала технологию модификации шелка углеродными нанотрубками и графеном. Суть технологии довольно проста и заключается в опрыскивании пауков-шелкопрядов специальным составом, содержащим в определенной пропорции углеродные нанотрубки и графеновые хлопья. Для экспериментов были использованы 15 пауков-сенокосцев (пауки-долгоножки (Pholcidae), собранных в сельской местности на территории Италии. В ходе экспериментов ученые использовали различные комбинации и пропорции модифицирующих материалов и замеряли прочностные и механические свойства получаемого шелка, придя в конечном итоге к наиболее оптимальному варианту. Суть технологии и полученные результаты опубликованы на сайте библиотеки Университета Корнелл (стенограмма 1504.06751).

Полученный в итоге материал обладает высокой устойчивостью к образованию трещин, а модуль Юнга, твердость и модуль упругости (по заявлению исследователей) выше, чем у любого другого (ранее исследованного) материала! В частности, руководитель группы ученых, Эмилиано Лепоре, так прокомментировал данный результат:

Мы измерили прочность на излом – 5,4 гПа, модуль Юнга – 47,8 гПа, а модуль упругости составил 2,1 гПа. Это самый высокий модуль упругости для волокна, превышающий, в том числе, показатели синтетических полимерных волокон, таких как (например) Kelvar49.

Испытания шелка, модифицированного графеном и углеродными нанотрубками

Не глядя на такие успешные результаты, у ученых все еще много работы и вопросов на которые необходимо найти ответы. Главный вопрос, на который пока нет ответа, это – как именно модифицирующие добавки (углерод и графен) перерабатываются пауками и попадают в структуру получаемого шелка. На данный момент, предполагается, что паук просто проглатывает воду, модифицированную добавками, которые попадают в структуру “нано-шелка” по мере скручивания.

Как утверждает авторитетный отраслевой ресурс MIT Technology Review, на страницах которого приводится новость об успехах итальянских ученых, описанная технология может быть реализована не только при помощи пауков-сенокосцев, но и с использованием других представителей животного и растительного мира. Ожидается, что данные технологические решения позволят получить совершенно новый класс бионических материалов.