Использовав натуральный шелк в качестве сырья, исследователи Университета Тафтса смогли получить материал, чья прочность увеличилась более чем в 2 раза.
Для этого нити, произведенные шелкопрядами, были химически расщеплены и заново собраны. Выводы проекта представлены в Nature Communications. При работе с синтетическими компонентами ученым не удавалось превзойти шелк по прочности. Но исследователи решили проблему, взяв за основу продукт деятельности шелкопряда. Материал, названный регенерированным шелковым волокном (РШВ), не только почти в 2 раза превосходит основу по прочности, но и может выпускаться в виде сложных структур, вроде сеток и решеток.
Нити шелкопрядов уступают паутине некоторых видов пауков, но данный вид был предпочтен за возможность разведения в неволе для получения необходимого объема волокон. Ключевым моментом производственного процесса стало растворение коконов личинок до промежуточной формы, состоящей из микрофибрилл. Миниатюрные, нитевидные структуры сохраняют некоторые важные иерархические структуры, придающие шелку его прочность.
«Природа все еще превосходит нас в умении создавать микроструктуры, — прокомментировал профессор Маркус Бюлер, один из авторов работы. – В данном случае мы использовали ее достижения».
Шелк – дорогой материал, но высокая цена обусловлена трудоемкостью производства ткани, а не стоимостью сырья. В случае с РШВ требуются необработанные коконы. Они стоят примерно 5 долларов за кг.
Для создания сложных структур из нового материала используется разновидность системы 3D-печати, разработанная специально для него. Технология может быть легко адаптирована под промышленное использование. Управление прочностью и другими свойствами волокна осуществляется за счет изменения скорости экструзии.
РШВ отличается высокой чувствительностью к влажности. Волокно можно сделать электропроводным за счет нанесения покрытия из другого материала, вроде слоя углеродных нанотрубок. Это делает структуру подходящим компонентом для различных датчиков.