Вчені створили надміцний матеріал із шовку шовкопряда — майже як кевлар

Група вчених заявила, що змогла перетворити натуральний шовк шовкопряда на матеріал із міцністю, близькою до кевлару. Дослідження опублікували в журналі Nature Sustainability.

Переваги натурального шовку

Дослідники використали тепло та високий тиск для з’єднання волокон шовку в щільний прозорий матеріал.

На відміну від попередніх спроб створення штучного шовку, новий метод майже не потребує агресивної хімічної обробки. Завдяки цьому матеріал зберігає природну структуру волокон і їхні механічні властивості.

Автори дослідження заявляють, що новий матеріал має вищу ударну міцність, ніж кістка, і майже наближається до кевлару — синтетичного матеріалу, який використовують у бронежилетах і захисному спорядженні.

Окрім міцності, матеріал виявився біорозкладним і прозорим у видимому спектрі світла. За словами співавторки дослідження Чунмей Лі з Університету Тафтса, це відкриває можливості для використання в бездротових технологіях, сенсорах та системах візуалізації.

«Ідеальна зона» температури й тиску

Для створення матеріалу команда спочатку очищала комерційні шовкові волокна від природного клейкого покриття, після чого експериментувала з різними температурами та рівнями тиску.

Якщо температура або тиск були занадто низькими, шовк втрачав міцність. Якщо занадто високими — матеріал ставав крихким або руйнувався.

Зразки матеріалу, пресовані в діапазоні температур від 95 градусів Цельсія (зліва) до 245 градусів Цельсія (справа), усі створені під тиском 5100 атмосфер. (Цічен Чжоу / Університет Тафтса)

У результаті дослідники визначили оптимальний діапазон: від 125 до 215 градусів Цельсія та від 1900 до 9800 атмосфер тиску. За цих умов волокна шовку починали щільно з’єднуватися між собою та формували структуру, схожу на деревину.

Міцність і біосумісність

Команда провела балістичні тести та заявила, що матеріал має стійкість до проколів, порівнювану з карбоновими композитами, які використовують в авіації та автомобільній промисловості.

Співавтор дослідження Еміліано Білотті миє та готує шовкові нитки для гарячого пресування. (Томас Ангус / Імперський коледж Лондона)

Дослідники також імплантували матеріал мишам і побачили, що він поступово розкладається в організмі. Через це матеріал може підійти для тимчасових медичних імплантів.

Зараз команда працює над масштабуванням технології та адаптацією матеріалу для складніших форм і промислового виробництва.

«Стійкі матеріали не обов’язково мають бути лише символічною заміною пластику», — сказала Чунмей Лі.