Шёлк является натуральным волокнистым материалом, широко используемым в текстильной промышленности не только из-за его внешней привлекательности, но и из-за высокой механической прочности. Новое исследование показывает, что тонкие как паутинки нити становятся ещё прочнее и эластичнее, когда личинок шелкопряда кормят углеродными нанотрубками и графеном.
Графен или углеродные наночастицы, называемые «чудо-материалом», имеют огромные перспективы для применения в энергетике, электронике, медицине и многих других отраслях. Личинки тутового шелкопряда прядут шёлковые нити из протеина шёлка, вырабатываемого их слюнными железами. Исследователи под руководством Инина Чжана из Университета Цинхуа решили проверить, как добавление графена в диету шелкопрядов, состоящую обычно из листьев шелковицы, повлияет на этот процесс.
Они опрыскивали листья шелковицы водным раствором, содержащим 0,2 процента углеродных нанотрубок или графена, а затем, после того как личинки сплетали кокон из нитей, собирали шёлк. Сбор шёлковых волокон является стандартной процедурой в производстве шёлка, поэтому кормление шелкопрядов углеродными нанотрубками и графеном является гораздо более простым методом, чем обработка шёлка наноматериалами, растворёнными в химических составах.
Согласно результатам исследования, усиленный углеродом шёлк оказался в два раза прочнее обычного шёлка и может выдерживать большее, по крайней мере, на 50 процентов натяжение на разрыв. Команда Чжана проверила проводимость и структуру волокон такого шёлка после нагревания волокон до 1050 ° C, необходимого для карбонизации белка шёлка, и в отличие от необработанных волокон усиленный шёлк обладает электропроводностью. Кроме того, спектроскопия и исследование под микроскопом показали, что модифицированные шёлковые волокна имеют более упорядоченную кристаллическую структуру.
Текстиль будущего
Одежда, изготовленная из материалов с использованием смарт-текстиля, имеет гораздо больше перспектив, чем изделия из традиционных материалов. Проводящую ткань на основе усиленного углеродом шёлка можно будет применять в биомеханике, чтобы показывать спортсмену напряжение и давление, создаваемое различными мышцами при физической нагрузке. Она также может быть использована в технологиях электронной одежды, способной «общаться со смартфонами». Помимо этого, учёные, разрабатывающие биоразлагаемые медицинские имплантаты, смогут в перспективе добавлять модифицированный шёлк в свои изделия.
По словам специалиста по материаловедению Яопен Чжана из Университета Дунхуа, предлагаемый метод является «наиболее простым способом для производства высокопрочных шёлковых волокон в промышленных масштабах». Таким образом, человечество стало на один шаг ближе к захватывающему будущему, когда легко доступные носимые технологии помогут улучшить жизнь каждого человека
