Зубы кальмара позволят создать материал с настраиваемой теплопроводностью

Вещества, содержащиеся в твердых крючках на щупальцах кальмаров, называемых круговыми зубами, вдохновили исследователей на создание синтетического материала с управляемой теплопроводностью. Он может пригодиться для разработки «умной» одежды, в системах охлаждения и электронике. Результаты опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Многие процессы, такие как, например, движение электрического тока по проводам, приводят к появлению тепла. Его нужно отводить от устройств, так как тепло может повредить их работе или даже привести к поломке. Предназначенные для этого современные системы обычно либо жидкостные, и тепло в них отводит хладагент, либо твердотельные, в которых тепло выводится с помощью колебаний атомов. Можно, однако, создать устройства с гибридным строением, в которых появляется принципиально новый параметр — топология самого вещества, которая зависит от взаимодействий внутри него.

В новой работе ученые исследовали синтетические соединения, напоминающие по строению белки в круговых зубах кальмаров. «Структурные белки вроде тех, что мы изучаем, содержат кристаллические домены, связанные аморфными участками, — поясняет соавтор работы Мелик Демирель из Университета штата Пенсильвания (США). — Вместе с коллегами мы научились управлять теплопроводностью между такими доменами, меняя топологию их соединений». В результате исследователи смогли создать биоматериал, теплопроводность которого при обычной влажности низка, однако при перестройке материала этот показатель возрастает с повышением влажности.

Белку из «зубов» кальмара это свойство придают содержащиеся в нем повторяющиеся участки ДНК. Ориентируясь на эту структуру, авторы создали материал с увеличенным количеством повторяющихся элементов. При влажности менее 35% его теплопроводность не связана с количеством повторов, но при увеличении проявляется линейная зависимость. Если влажность уменьшить, свойства возвращаются к исходным значениям.

Авторы предполагают, что их открытие найдет множество применений. «Например, материал может начать проводить больше тепла, впитав пот спортсмена, таким образом позволяя телу охладиться, — размышляет Демирель. — Мы сейчас на самом деле находимся в процессе разработки малых и крупных прототипов для испытания идеи для улучшения спортивной одежды».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.