Шелк выдерживает температуры открытого космоса
Москва, 12:15, 03 Окт 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Международная команда ученых выяснила, что субмикроскопический порядок и иерархия позволяют наномерным волокнам шелковых нитей выдерживать температуры до -200°С. Теоретически, материал перенесет и больший холод, что делает его перспективным сырьем для использования в открытом космосе.
Изначально открытие казалось ошибкой, так как большинство полимерных волокон становятся хрупкими на холоде, сообщает eurekalert.org. Ученые рассмотрели поведение и функции нескольких видов животного шелка при заморозке жидким азотом до -196°С. Список включал паутину, но основное внимание уделялось нитям, производимым диким шелкопрядом Antheraea pernyi.
В статье для Materials Chemistry Frontiers команда показала и объяснила, как прочность шелка увеличивается в условиях, делающих хрупкими многие материалы. Свойство обеспечивает ядро волокна, состоящее из наномерных нитей.
Согласно традиционной полимерной теории, авторы предположили, что отдельные фибриллы становятся жестче на холоде. Важным открытием исследования стал факт, что изменение усиливает трение между волоконцами. Оно увеличивает отклонение энергии трещины, одновременно мешая проскальзыванию элементов. Изменения температуры также влияют на притяжение между отдельными молекулами белка шелка, воздействуя на ключевые свойства фибрилл.
Ученые смогли описать процесс упрочнения на микро- и наноуровне. Команда пришла к выводу, что любая образующаяся трещина отклоняется, натыкаясь на нановолокно. В результате она теряет значительное количество энергии, ища обходные пути. Шелковая нить разрывается, только когда растягиваются и проскальзывают тысячи нанофибрилл.
Проект имеет широкие перспективы. Шелк может стать сырьем для полярной экипировки, новых композитов, легких аэропланов и воздушных змеев, поднимающихся до страто- и мезосферы, гигантских сетей, которыми роботы-пауки будут захватывать космический мусор.
«Исследование позволит создать новые семейства прочных структурных волокон и композитов, состоящих из натурального волокна и его аналогов», — сказал профессор Фриц Воллрат из Оксфордского университета.
В проекте также участвовали ученые из Фуданьского, Бейханского и Шеффилдского университетов.
