Новый материал из шелка с прочностью кевлара

Натуральный шелк состоит преимущественно из двух белков. В ходе эксперимента один из них был удалён, а второй подвергнут прессованию, что позволило получить материал с характеристиками, схожими с кевларом.

История и свойства шелка

Шелк используется человеком с неолитической эпохи. Гусеницы тутового шелкопряда формируют коконы из длинных шелковых нитей, которые собираются, обрабатываются и используются для производства тканей. Шелк отличается прочностью, хорошо впитывает и испаряет влагу, а также обладает характерным блеском.

Новый способ переработки

Производство шелка требует значительных затрат, поэтому утилизация этого материала нежелательна. Международная команда химиков разработала метод получения из шелковых волокон прозрачного материала, напоминающего пластик, который способен поляризовать свет в терагерцовом диапазоне.

Для создания такого материала шелк сначала вымачивали в нагретом растворе карбоната натрия (Na2CO3), чтобы удалить белок серицин. После промывания оставались нити, состоящие почти полностью из фиброина. Эти очищенные нити высушивали, укладывали параллельно и прессовали между алюминиевыми пластинами при температурах от 35 до 245°C и давлениях до одного гигапаскаля. В некоторых экспериментах использовался двухслойный материал, где волокна второго слоя были ориентированы перпендикулярно к первому.

Свойства полученного материала

В результате обработки волокна теряли воду и сплавлялись между собой. Итоговый материал оказался прозрачным и прочным: в баллистических тестах прессованный шелк демонстрировал сопротивление проникновению пуль на уровне армированных углеволокном пластиков. Жёсткость и прочность нового материала сопоставимы с костной тканью, а устойчивость к растяжению приближается к кевлару.

Кроме того, спечённый шелк способен поляризовать терагерцовое излучение, что открывает возможности его применения в сетях передачи данных стандарта 6G. Обычно биологические материалы непрозрачны и не подходят для таких целей.

Преимущества метода

Ранее переработка шелка включала превращение его в порошок с последующим спеканием, что требовало множества этапов, растворителей, солей и воды. Новый способ предусматривает промывание исходного материала в одном растворе, аккуратную укладку волокон и их спекание, что значительно упрощает процесс. Разработанная технология может быть легко адаптирована для промышленного применения.