Откормленные графеном и нанотрубками гусеницы дали рекордно прочный шёлк
Исследователи из Университета Цинхуа (КНР) показали, что нанострутуры, добавляемые в стандартные корма гусениц шелкопряда, в 1,5—2 раза улучшают механические свойства шёлка и при этом не меняют его внешний вид. С учётом резкого удешевления графена и нанотрубок в последние годы, работа может иметь практическое значение для производства более прочного текстиля. Соответствующая статья опубликована в Nano Letters.
Учёные использовали обычных тутовых шелкопрядов (Bombyx mori), которым скармливали листья тутового дерева, предварительно опрысканные нетоксичным водным раствором, в котором 0,2 процента по весу приходилось на графен и однослойные нанотрубки. Их стенки, как и листы графена, состоят из одного слоя атомов углерода. Затем гусеницы делали шёлк. Учёные собирали его и тестировали.
Выяснилось, что жесткость новой ткани в два раза выше, чем у обычного шёлка, благодаря чему она стала менее мнущейся. А при испытании на разрыв пришлось прилагать усилия на 50 процентов более высокие, чем у стандартного шёлка. Это очень значительный прирост: руками такую ткань трудно разорвать, даже если она сделана очень тонкой.
Чтобы выяснить, как добавки графена и нанотрубок сказались на других свойства материала, его подогревали, а затем замерили электропроводность. При нагреве белки, содержащиеся в шёлке, должны были "спечься", формируя более жёсткие структуры. При этом нанотрубки и графен оказались эффективными токопроводящими элементами, "мостами", обеспечивающими электропроводность. После нагрева ткань хорошо проводила электричество, хотя обычный шёлк — диэлектрик (изолятор). Авторы работы предлагают использовать обработанный таким образом материал для создания "умного текстиля".
С материаловедческой точки зрения полученный материал является композитом, шёлком, армированным нанотрубками и графеном. И первая, и вторая форма углерода обладает высокой механической прочностью и жёсткостью, поэтому изменение свойств конечного шёлка было ожидаемо. Однако примечательно то, что оно произошло без изменения его внешнего вида. Из-за крайне небольшой массы и размеров нанотрубок и графеновых "хлопьев" шёлк выглядел так же, как обычный.