Aktualności

Przezroczyste kryształy celulozowe twardsze niż Kevlar

Pajęczyna jest jedną z najbardziej skomplikowanych konstrukcji w świecie przyrody. Jednak bezcenne włókna je tworzące mają więcej niż tylko jedno zastosowanie – jedwabne nitki mogą służyć jako liny asekuracyjne, kotwice, feromony, gniazda, a nawet pożywienie. Każde z tych zastosowań wymaga innego rodzaju jedwabiu, z dostosowanymi właściwościami.
„Różne rodzaje jedwabiu składają się z tych samych białek, jednak są syntezowane w inny sposób”, tłumaczy Sinan Keten, adiunkt inżynierii mechanicznej i cywilnej z Northwestern University’s McCormick School of Engineering. „Pająki wiedzą w jakim tempie tkać pajęczynę, aby uzyskać różne właściwości jedwabiu. Natura jest sprytna i potrafi tak dostosować struktur, żeby uzyskać pożądane właściwości mechaniczne”.
Jedwab jest jednym z naturalnych materiałów omówionych w najnowszym numerze magazynu „Nature Communication”. Przedstawiając pełen wachlarz materiałów biologicznych – od ogórka morskiego, poprzez muchołówkę, aż do ludzkich mięśni i drzew, artykuł bada naturalne strategie uzyskiwania różnego rodzaju pożądanych funkcji. Odkrywanie mechanizmów stojących za tymi funkcjami pozwala wykorzystać je w nowych projektach naukowych.
Artykuł koncentruje się m.in. na procesie nanozamknięcie, czyli zdolności do kontrolowania elementów składowych materiału na najniższym poziomie tak, aby uzyskać odpowiednie jego właściwości. Np. gdy pająk chce skonstruować linkę asekuracyjną, to tka jedwab w szybszym tempie niż przy tworzeniu pajęczyny. Kryształy, z których składa się jedwab są wtedy mniejsze, a cały materiał – mocniejszy. Przy większych kryształach jest on mniej zbity i zawiera więcej luk w swojej strukturze.
Keten zajął się również ostatnio celulozą z gałęzi drzew, gdzie mechanizm jest taki sam jak w jedwabiu – małe kryształy są bardziej pożądane niż duże. Kluczem znów jest „nanozamknięcie”, które sprawia, że w materiale nie ma defektów, a on sam jest przez to wytrzymalszy. Co więcej, nanoelementy wytworzyły większą ilość interfejsów w materiale, co może sprawić, że pojawią się nowe, intrygujące właściwości większych powierzchni nanocząstek.
Zespół Ketena odkrył również, że kryształy celulozy są przezroczyste i wytrzymałe jak Kevlar, co może zostać w przyszłości wykorzystane do produkcji kuloodpornego szkła i gogli.

Źródło artykułu

Źródło grafiki

Podobne artykuły

Czarne wdowy i ich pajęczy krewni, występujące w umiarkowanych klimatach Północnej Ameryki, Europy, Azji, Australi, Afryki i Ameryki Południowej, produkują jedwabną sieć o wyjątkowych właściwościach mechanicznych. Pojedyncze, słabe włókno po utworzeniu przez pająka sieci daje...
Baterie litowo-jonowe umożliwiły korzystanie z wielu cudów dzisiej elektroniki, zaczynając od przenośnych gadżetów aż do samochodów elektrycznych. Jednak żadna z tych baterii nie pracuje długo bez ładowania. Naukowcy ogłosili w czasopiśmie ACS Nano – rozwój nowej, “zielonej” metody, zwiększającej...