Химия

Натуральный шелк практически полностью состоит из двух белков. Ученые убрали один из них, а второй спрессовали — и получили материал со свойствами кевлара.

Шелк известен человечеству со времен неолита. Гусеницы тутового шелкопряда строят коконы из километров шелковой нити, которую люди собирают, обрабатывают и ткут из нее ткани. Этот материал прочен, хорошо впитывает и испаряет влагу, а также обычно слегка блестит.

Производить шелк дорого, просто отправлять материал с такими свойствами на свалку не хотелось бы. Международная группа химиков поняла, как получить из шелковых волокон прозрачный похожий на пластик материал, способный поляризовать свет в терагерцовом диапазоне. Исследование с деталями процесса опубликовано в журнале Nature Sustainability.

Чтобы добиться таких свойств, ученые сначала вымочили шелк в нагретом растворе Na2CO3, чтобы убрать один из двух белков, составляющих шелковую нить, — серицин. После промывания нити практически полностью состояли из одного только фиброина. Ученые высушили очищенные нити, разложили их так, чтобы направления всех нитей совпадали, и спрессовали между алюминиевыми пластинами при температурах 35-245°C и давлениях до одного гигапаскаля. Часть экспериментов проведена на двухслойном материале, у которого волокна второго слоя повернуты по отношению к первому на 90 градусов.

В этих условиях волокна шелка потеряли воду и сплавились друг с другом. Готовый материал оказался не только прозрачен, но и прочен — в баллистических тестах прессованный шелк сопротивлялся проникновению пуль на уровне усиленных углеволокном пластиков. Жесткость нового материала и прочность сравнимы с костной тканью, а способность сопротивляться растяжению приближается к кевлару.

Более того, прессованный спеченный шелк способен поляризовать терагерцовое излучение, а значит может найти применение в сетях передачи данных стандарта 6G. Обычно биологические материалы непрозрачны и для этих целей не подходят.

В предыдущих работах по переработке шелка ученые сначала химически превращали его в порошок, а потом сплавляли этот порошок в новый материал. Такой процесс требует большого количества шагов, растворителей, соли и воды, в то время как новый способ требует промыть исходный материал всего в одном растворе, аккуратно расположить волокна и сплавить их друг с другом. Исследователи считают, что их технологию гораздо проще адаптировать для промышленных целей.