Ученые разработали материал из шелка для использования в сетях шестого поколения

Новости МирТесен

Натуральный шелк в основном состоит из двух белков. Исследователи исключили один из них и уплотнили второй, что позволило создать материал, обладающий характеристиками, схожими с кевларом.

Шелк знаком человечеству с эпохи неолита. Гусеницы тутового шелкопряда создают коконы из нитей шелковой нити, простирающихся на километры, которые люди собирают, обрабатывают и используют для изготовления тканей. Ткань обладает прочностью, способностью хорошо поглощать и отдавать влагу, и как правило, имеет легкий блеск.

Выпуск шелковой ткани требует значительных затрат, поэтому утилизация материала с такими уникальными характеристиками представляется нецелесообразной. Группа международных химиков разработала способ получения из шелковых волокон прозрачного вещества, напоминающего пластик, обладающего способностью поляризовать свет в терагерцовом диапазоне. Подробности исследования опубликовано в журнале Nature Sustainability.

Для достижения указанных характеристик, исследователи изначально погрузили шелк в горячий раствор Na₂CO₃, чтобы убрать один из двух белков, составляющих шелковую нить, — серицин. После промывания нити практически полностью состояли из одного только фиброина. Ученые высушили очищенные нити, разложили их так, чтобы направления всех нитей совпадали, и спрессовали между алюминиевыми пластинами при температурах 35-245°C и давлениях до одного гигапаскаля. Часть экспериментов проведена на двухслойном материале, у которого волокна второго слоя повернуты по отношению к первому на 90 градусов.

В сложившихся обстоятельствах волокна шелка обезвожились и слиплись. Полученный материал не только обладает прозрачностью, но и отличается высокой прочностью: при испытаниях на баллистическую стойкость прессованный шелк продемонстрировал сопротивление проникновению пуль, сопоставимое с усиленными углеволокном пластиками. Его жесткость и прочность можно сравнить с костной тканью, а устойчивость к растяжению приближается к характеристикам кевлара.

Более того, прессованный спеченный шелк обладает способностью поляризовать терагерцовое излучение, а значит может найти применение в сетях передачи данных стандарта 6G. Обычно биологические материалы непрозрачны и для этих целей не подходят.

В предыдущих исследованиях, посвященных переработке шелка, ученые изначально подвергали его химической обработке, превращая в порошок, а затем спекали этот порошок для получения нового материала. Этот метод включает в себя множество этапов и требует значительного расхода растворителей, солей и воды. В то же время, разработанный новый способ предполагает промывку исходного материала в одном растворе, аккуратное выравнивание волокон и их последующее спекание. Авторы исследования полагают, что их технология значительно проще адаптировать для промышленных целей.