Паутина — прочнейший из известных материалов, производимый живыми организмами, и даже кевлар уступает ей более чем в 10 раз. Теперь учёные усилили её углеродными нанотрубками, делая её крепче обычной паутины, и повышая её электрическую проводимость, что может привести к созданию новой паутино-электроники.
Естественная прочность нити делает её потенциально ценной для коммерческого применения во многих областях. Исследователи уже изучают её медицинский потенциал, например, при создании искусственной кожи или сухожилий.
Кроме того, паутина может сильно сокращаться, полагаем это свойство может пригодиться при производстве искусственных мышц для роботов или протезов. К примеру, паутина толщиной всего в 1 мм может поднять груз весом в 5 кг, что в 50 раз больше того, что могут поднять наши мышцы той же толщины.
Прим. переводчика: видимо имеется ввиду суперконтракция:
Когда паутина намокает, она сильно сокращается (это явление получило название суперконтракции). Это происходит потому, что молекулы воды проникают в волокно и делают неупорядоченные гидрофильные участки более подвижными. Если паутина растянулась и провисла от попадания насекомых, то во влажный или дождливый день она сокращается и при этом восстанавливает свою форму.
Большая прочность и гибкость делает её привлекательным материалом для использования в электронике, но такое применение зависит от того насколько совместимой с электропроводящими материалами сделают её учёные. Вот почему они объединили паутину с углеродными нанотрубками, чья электропроводность привлекала исследователей десятилетиями.
Углеродные нанотрубки представляют собой полые трубки углерода диаметр которых измеряется в нанометрах. И хотя по ширине они сравнимы с нитью ДНК, но они в 100 раз прочнее и в 6 раз легче стали, а их электро- и теплопроводность конкурирует с металлами.
Хотя паутина сама по себе жётская, она становится мягкой если её смочить. Исследователи смешали, собранную у золотого паука щелкопряда (Nephila clavipes), паутину с сухим порошком из углеродных нанотрубок, смочили эту смесь несколькими каплями воды и растёрли вместе.
«Мы были удивлены тем насколько просто оказалось покрыть нить нанотрубками» сказал Стивен Иден, физик из National High Magnetic Field Laboratory в Таллахасси (штат Флорида). «Сперва мы пытались использовать традиционные методы покрытия с помощью множества химических веществ и высокотемпературной обработки, но позже мы обнаружили, что воды и давления вполне достаточно».
После высыхания нить сократилась и покрылась однородным слоем из нанотрубок. «Это покрытие очень высокого качества и очень однородно», сказал Стивен.
Этот гибридный материал не только электропроводен, но и в 3 раза прочнее обычной паутины. Из экспериментов следует, что этот материал подходит для использования в качестве искусственных мышц не меньше, чем обычная паутина.
«Электрическая проводимость сохранялась даже когда нить была растянута на 50%», сказал Стивен.
Исследователи отметили, что электрическая проводимость их новой паутины может зависеть от влажности и количества физической нагрузки. Как таковые они могут найти применение в датчиках влажности и деформации, и в самом деле, они уже разработали пульсомер с использованием новых нитей. Использование золотого напыления, или более толстого слоя нанотрубок может сделать электропроводность менее зависимой от уровня влажности.
В настоящее время ученые пытаются разработать синтетическую паутину, в которую уже будут включены нанотрубки. «Универсальность этого материала означает, что он может найти множество применений», сказал Стивен.
Ученые описали свои результаты 10 сентября в журнале Nature Communications.
Прим. переводчика: вообще исследование по ссылке очень полное и интересное, большинство изображений взято оттуда.
