Раскрыт секрет прочности шелка

The Epoch Times01.09.2015 Обновлено: 06.09.2021 14:24

Структура шелка: желтым обозначены ключевые места в соединении структуры шелка — кристаллы (бета-листы), размер которых составляет всего лишь несколько нанометров. Прочность шёлка зависит от крепости этих соединений. Фото предоставлено Николасом Демарсом и Маркусом Джей Бюлером из Массачусетского технологического университета (МТИ)
С момента открытия в Китае тысячи лет назад шёлка, полученного от тутовых шелкопрядов, его используют для изготовления роскошных высококачественных тканей, парашютов и медицинских швов. Исследователям Национального научного фонда удалось разгадать некоторые из его тайн и выяснить, почему он настолько сверхпрочен.

Ученые Центра техники и материаловедения из Массачусетского технологического института говорят, что ключом к разгадке прочности шёлка, которая превышает прочность стали, могут служить области поперечного соединения, скрепляющие материал кристаллы (бета-листы) размером всего в несколько нанометров.

Маркус Бюлер, доцент отделения гражданских и экологических разработок МТИ, и его команда, недавно использовали компьютерную модель, разработав медицинский симулятор для исследования взаимодействия и перемещения бета-листов. Они выяснили, что необычный порядок водородных связей играет роль своего рода «клея», который стабилизирует кристаллы и имеет большое значение для прочности шёлка.

Они выяснили, что водородные связи, считающиеся одними из самых слабых химических связей, обретают прочность, если рассматривать их на уровне нанометров. Иногда, при непосредственной близости, водородные соединения становятся чрезвычайно крепкими. Кроме того, если связь нарушена, есть много других водородных связей, которые в свою очередь заполняют данный пробел, и, таким образом, проявляется способность «самовосстановления» кристаллов.

Исследователи пришли к выводу, что прочность и эластичность (то есть способность сгибаться и растягиваться, без каких-либо повреждений атомных связей) шёлка связана с этой необычной структурой атомных связей. По их словам, контроль над сферой действия водородных или других химических связей способен значительно улучшить качество будущих материалов, даже в том случае, когда изначальные химические связи очень слабые.

Журнал Nature Materials сообщил об открытии онлайн 14 марта.

Версия на английском