Графен и нанотрубки сделали паутину прочнее

Скармливая паукам графен и углеродные нанотрубки различных видов, ученые заставили их плести паутину с улучшенными механическими характеристиками. Прочность на разрыв увеличилась более чем в три раза, а ударная вязкость — в десять раз. Статья опубликована в журнале 2D materials.

«Человечество использовало нить шелкопрядов на протяжении тысячелетий, но в последнее время исследователи сфокусировались на паутине, так как она обладает исключительно многообещающими механическими свойствами, — отметил автор работы, профессор Никола Пугно из Трентского университета. — Она является одним из лучших полимерных волокон по таким параметрам, как предел прочности на разрыв, предельная деформация и в особенности ударная вязкость, даже по сравнению с синтетическими волокнами, такими как кевлар».

Установлено, что биоминералы и металлы присутствуют в белковой матрице и твердых тканях членистоногих. Именно это навело авторов на мысль, что наноматериалы могут улучшить свойства паутины. Чтобы проверить это, ученые разбрызгивали рядом с пауками трех видов воду с взвешенными частицами графена или нанотрубками. Затем они анализировали механические качества сплетенной паутины.

В результате выяснилось, что наиболее крепкая паутина обладала прочностью на разрыв в 5,4 гигапаскаля (по сравнению с примерно 1,5 ГПа у обычной), а модуль ударной вязкости достигал значения 1570 джоулей на грамм (у обычной паутины примерно 150 Дж/г). Необходимо отметить, что подобные манипуляции не прошли для пауков безболезненно: 29% пауков умерло на второй день после добавления воды, еще 24% не дожило до конца эксперимента (12 дней), хотя причиной их смерти могли оказаться и такие факторы, как голод.

«Ударная вязкость нашего волокна является рекордной на данный момент, а прочность сравнима с наилучшими углеродными волокнами и "зубами" моллюсков, — поясняет Пугно. — Высокие механические качества данной паутины могут оказаться полезными, например, при создании парашютов. В дальнейшем процесс естественной интеграции и укрепления биологических материалов, который также может быть применен к другим животным и растениям, может привести к появлению нового класса биокомпозитов для инновационных применений».