A tudósok egy forradalmi eljárást fejlesztettek ki, amelynek köszönhetően a hétköznapi selyemhernyó-selymet szinte a Kevlarhoz hasonló szuperanyaggá alakították. A Nature Sustainability folyóiratban publikált kutatás lényege, hogy a természetes selyemszálak szerkezetének megőrzése mellett, pusztán hő és nyomás alkalmazásával sikerült elérniük a lenyűgöző szilárdságot. Ez a módszer teljesen szakít a korábbi, vegyi anyagokkal teli eljárásokkal, amelyek gyakran tönkretették a selyem értékes tulajdonságait.
A Tufts Egyetem kutatói, Chunmei Li vezetésével, egy olyan „olvadt selymet” hoztak létre, amely szakítószilárdságban felülmúlja a csontot, és megközelíti a Kevlar szálak teljesítményét. Az eljárás során a selyemszálakat először nátrium-karbonáttal kezelték, hogy eltávolítsák a ragacsos bevonatot, majd egy meghatározott hőmérsékleti és nyomástartományban – 125 és 215 Celsius-fok között, valamint 1900 és 9800 atmoszféra között – préselték össze. Az eredmény egy sűrű, átlátszó anyag lett, amely szerkezetében a fára emlékeztet.
A legfigyelemreméltóbb, hogy az új anyag nemcsak rendkívül erős, hanem biológiailag lebomlik, így ideális választás lehet a fenntartható technológiák számára. A kutatók hangsúlyozzák, hogy a természetes anyagok, mint a selyem, már eleve tökéletesen megtervezett szerkezettel rendelkeznek, és a feladat csupán az, hogy megtaláljuk a módját a bennük rejlő lehetőségek kiaknázásának anélkül, hogy károsítanánk őket.
A selyem új korszaka
A selyem iránti érdeklődés az utóbbi években robbanásszerűen megnőtt, mivel a kutatók felismerték, hogy a szálak egyedülálló kémiai felépítése számos high-tech alkalmazásban rejti a lehetőséget. A biomérnöki tudományoktól kezdve az energia-termelésen át az élelmiszer-tartósításig és a szenzorokig számtalan területen lehetne hasznosítani ezt a természetes alapanyagot. A probléma eddig az volt, hogy a feldolgozás lassú és vegyi anyagokban gazdag folyamat volt, amely tönkretette a selyem hierarchikus szerkezetét.
A mostani áttörés kulcsa az volt, hogy a kutatók megtalálták az optimális „selyem zónát”, ahol a hő és a nyomás hatására a szálak összeolvadnak anélkül, hogy károsodnának. Ha a hőmérséklet vagy a nyomás túl alacsony volt, a selyem petyhüdt maradt, ha pedig túl magas, akkor törékennyé vált vagy szétesett. A 257 és 419 Fahrenheit-fok (125-215 Celsius-fok) közötti tartományban, valamint 1900 és 9800 atmoszféra nyomáson a szálak erős kötéseket hoztak létre egymással.
Ez az eljárás lehetővé tette, hogy a selyem megőrizze természetes tulajdonságait, miközben egy teljesen új, szilárd anyaggá alakul. A kutatók szerint a szálak közötti erős kötések egyenletesen osztják el a terhelést, ami rendkívüli szilárdságot eredményez. Ez a módszer nemcsak hatékonyabb, hanem környezetbarátabb is, mivel elkerüli a káros vegyi anyagok használatát.
A jövő anyaga
A kutatócsoport már elvégezte a ballisztikai teszteket is, amelyek megerősítették, hogy az új anyag szúrásállósága vetekszik a repülőgépekben és autókban használt szénszál-erősítésű polimerekével. Emellett egerekbe ültetve azt tapasztalták, hogy az anyag lassan lebomlik, ami azt jelenti, hogy ideális lehet ideiglenes orvosi implantátumokhoz. Az anyag optikai tulajdonságai is figyelemre méltóak, mivel átlátszó a látható fény tartományában, ami a következő generációs vezeték nélküli és képalkotó technológiák számára is releváns.
A kutatók most azon dolgoznak, hogy az eljárást ipari méretekben is alkalmazhatóvá tegyék, és lehetővé tegyék összetettebb formák létrehozását. A cél, hogy ipari és kereskedelmi partnereket találjanak, akik hajlandóak beépíteni az olvadt selymet szenzorokba és más technológiákba. A csapat szerint a fenntartható anyagoknak nem kell gyengének lenniük, és a természet által már tökéletesített anyagok, mint a selyem, újraértelmezhetik a műanyagok helyettesítését.
Chunmei Li, a tanulmány társszerzője szerint a fenntarthatóság nemcsak a gyenge anyagok szimbolikus helyettesítését jelenti, hanem a jobb tervezést, a hatékonyabb feldolgozást és a természetben már meglévő anyagok mélyebb megértését. A selyem ebben az új formában nemcsak a Kevlarhoz hasonló szilárdságot kínál, hanem a biológiai lebomlás előnyét is, ami forradalmasíthatja az anyagtudományt és a fenntartható technológiákat.
© Thomas Angus/Imperial College London
Forrás: Gizmodo.com ↗̱
