Титан упрочнил паутину » Авиатитан - металлопрокат в Харькове

Наши контакты

вход на сайт

Имя пользователя :
Пароль :

Восстановление пароля Регистрация
Титан упрочнил паутину
Титан упрочнил паутину Немецким учёным удалось превратить и так прочную по своей структуре паутину в реальную супер нить, обладающую существенно большей прочностью, и которая при этом великолепно растягивается. Для достижения цели учёным потребовалось размягчить паучью нить с последующим внедрением в ее структуру атомов различных металлов, благодаря влиянию которых отдельные белки паутины «склеились».

По старинному сказанию, Людовик XIV и Наполеон обладали перчатками, изготовленными из паутины, а британской королеве Виктории, в свое время, представители китайского посольства преподнесли целую мантию, сделанную из этого материала. Сложно точно утверждать, насколько стоит доверять данным сказаниям, и какой именно процент в составе данных тканей в действительности составляла нить паука, однако здравый смысл в этом присутствует. В соответствующих условиях обычная паутинка способна выдержать натяжение, в несколько раз большее, чем максимальное натяжение стальной нити такого же диаметра, обладая при этом существенно меньшим весом. К слову, паутинка толщиной всего в 1 мм способна, в теории, удерживать взрослого человека. Радует, что пауки не способны плести такой паутины.

Относительно специфических условий, наличия в составе паутины более прочных сортов стали и того немаловажного факта, что паутинка при этом растянется на 20–30%, при таком сравнении, как правило, не принято упоминать. Но несмотря на это эластичность, прочность и лёгкость паутины заставляют многих ученых мечтать о появлении подобного ей синтетического материала – или хотя бы научиться изготавливать обычную паутину в промышленных масштабах.

В то же время группа немецких ученых под руководством Ли Сын Мо из Института физики микроструктур имени Макса Планка доказала, что существует возможность сделать паутину ещё более крепкой и эластичной. Благодаря специальной обработке возможно превратить обычную паутину в супер нить, которая будет в 5 раз более прочная и в 3 раза «растяжимее».

Такая супер нить толщиной всего в 1 мм способна уже выдерживать вес в 500кг, так же она растягивается в 1,5-2 раза и обладает практически той же плотностью.

Учёные осуществили попытку с целью получения очередного практического доказательства уже существующей гипотезе, согласно которой наиболее прочные биологические материалы, такие как зубная эмаль, элементы скелета, жала некоторых организмов, клешни, обязаны своей силе относительно небольшим неорганическим включениям в белковую матрицу. В связи с этим, Ли Сын Мо и его коллеги решили провести прямое сравнение, на сколько сильно будут отличаться характеристики паучьей нити, в которой мало металла, от аналогичной, в которой его много.

Паутинку учёные добыли при помощи паука рода Araneus, наматывая её на медную скрепку. Аранеусы – являются близкими родственники знакомого нам всем паука-крестовика, в их число входит и он сам. Какой именно вид аранеусов использовался в эксперименте, ученые не уточняют, но в связи с тем, что пойман он был физиками непосредственно во дворе института в Галле, в центре Европы, маловероятно что он являлся экзотическим экземпляром.

Добытые у паука нити исследователи поместили в вакуумную камеру, в которой их высушили и подвергли многократным циклам осаждения на поверхность паутинок металлических соединений, перемежавшихся выдерживанием в парах воды. Изначально в качестве этого соединения применили диэтил цинк, в связи с тем, что цинк является гарантированным «усилителем крепости» как минимум у одного вида – он отвечает за поразительную прочность зубов многощетинковых червей нереид, которые без труда грызут коралловые скелеты. После к цинку присоединили алюминий в форме триметилалюминия, а так же известный своей высокой прочностью титан.

После нескольких сот таких циклов (длительность каждого примерно одна - две минуты) на поверхности паутинки оставалась тонкая плёнка оксида – цинка, алюминия или титана соответственно. Механические же показатели, такие как "исходный модуль Юнга" и "предел прочности", существенно увеличивались. Лучше всех себя в эксперименте проявил именно титан, и в целом, чем больше циклов "металл/вода" было, тем лучшим был полученный результат.

С одной стороны можно было бы считать, что дополнительную силу паутине дало именно внешнее покрытие, но это не совсем правдиво: за усиление эластичности и прочности ответственны непосредственно атомы металла, внедренные в белковую структуру самой паутины.

Само по себе оксидное покрытие существенного плюса не давало (к примеру, оно не способно растягиваться даже на 1%), да и от толщины его слоя механические характеристики также зависели слабо. А вот зафиксировать наличие следов титана внутри самой нити учёным удалось при помощи электронного микроскопа и спектрометрии.

Как выяснилось, не менее значимым являлся и сам процесс внедрения металла в белок – даже полноценное вымачивание нитей на протяжении 10 часов в диэтилцинке не давало хоть сколько-нибудь ощутимого эффекта, в сравнении с многочисленными циклами осаждения металла и воды.

Ли Сын Мо и его коллеги справедливо считают, что атомы металлов способствуют «склеиванию» отдельных белковых молекул, из которых и состоит паутина. В натуральной паучьей нити данную функцию выполняют низкие водородные связи между атомами на концах параллельных друг другу молекул; именно множество подобных взаимозаменяемых связей и придаёт паутине её силу.

В «металлизированной» паутине, по мнению немецких ученых, вместо слабых водородных устанавливаются сильные ковалентные связи, благодаря которым и возникает дополнительная прочность.

Основная роль водяного пара в данном технологическом цикле является в «размягчении» белковых структур, помогая атомам металла проникать внутрь. Согласно утверждениям учёных, рассуждения о ковалентных связях являются только гипотезой, для подтверждения или опровержения которой потребуется провести большое количество научных исследований.

С практической точки зрения, совершенно без разницы, подтвердится ли именно эта гипотеза или нет. Если человечество в обозримом будущем научится изготавливать прочную паучью нить в промышленных масштабах, теоретически нам уже известно, как можно сделать её во много раз прочнее.

Рейтинг:
(голосов: 1)
Новость опубликована 2-08-2016, 14:41.
Понравилась тема? Посмотрите эти:
Написать комментарий
Ваше Имя:


Ваш E-Mail:


Полужирный Наклонный текст Подчёркнутый текст Зачёркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера

Код:
Включите эту картинку для отображения кода безопасности
обновить, если не виден код


Введите код: