Графеновый шелкопряд

Всем привет, я дядюшка Серафим, и сегодня мы поговорим снова о шелкопрядах! Если коротко и грубо: шелкопрядов накормили листьями, сбрызнутыми взвесью с графеном, и они произвели нить, которая проводит электричество. Круто? Теперь давайте разбираться.
Напомню, что тутовый шелкопряд — довольно большая одомашненная бабочка, которую начали разводить примерно 5 тысяч лет назад китайцы для производства шелка. Про шелк, его свойства и рацион шелкопрядов я рассказывал несколько выпусков назад (пересмотрите, если забыли). Но мы сейчас не о бизнес-планах китайцев
Напомню, что шелк - чистая органика, натуральный белок на три четверти состоящий из фиброина и на четверть из серицина. Если мы возьмем шелковую нить и рассмотрим ее под микроскопом, то увидим вот такую картинку. Комочки - серицин, нити - фиброин. Еще там намешаны воски, жиры и всякие минеральные вещества. с высокой прочностью. Волокно состоит на 75% из фиброина и на 25% из серицина.
Ученые все мучаются в попытках сделать шелк еще лучше : в этих попытках можно пойти двумя путями. Первый вариант - улучшать готовую нить, второй - улучшить свойства шелковой нити прямо внутри пищеварительной системы гусеницы.
В первом случае нужен сложный технологический процесс с применением подчас ядовитых веществ, второй способ обещает быть более экологичным и простым.Главное выбрать правильный рацион для гусеницы (диета и еще раз диета, дорогие мои!)
Прикольную диету придумали для шелкопряда совсем не диетологи, а китайские учёные с химического факультета и центра нано- и микромеханики Университета Цинхуа. Идея в том, чтобы использовать углеродные нанотрубки и графен.
Напомню, что графен - это это особая форма углерода, представляющая собой плоские листы в виде слоя толщиной в один атом. Графен был открыт в 2005 году Андреем Геймом и Константином Новоселовым и оказался уникальным материалом, который сразу же стал объектом пристального внимания ученых по всему миру. У него обнаружилась великолепная электропроводность, он оказался едва ли не лучшим проводником тепла, а расчеты показали, что изготовленные из бездефектного графена ленты должны в десятки раз превзойти по прочности лучшие сорта стали. С точки зрения теоретиков графен представляет собой двумерный кристалл, структуру, в которой возможен ряд уникальных эффектов. Например, электроны внутри движутся как безмассовые частицы, и именно поэтому материал столь хорошо проводит ток.

А углеродные нанотрубки выглядят вот так. Вообще говоря, китайские ученые не первые, кто решил вмешаться в природу и заставить насекомых производить сверхпрочные материалы. Итальянские физики из университета Трента, настолько «обленились», что заставили саму природу (ее представляли пауки) самостоятельно изобрести новый метаматериал. Исследователи опрыскали членистоногих большим количеством воды с множеством кусочков графена и углеродных нанотрубок, в результате чего пауки сплели чрезвычайно прочную паутину, заметно опережающую по всем параметрам кевларовые волокна и являющуюся абсолютным рекордсменом по прочности.

Что же сделали химики из Пекина?
Вначале ученые пытались добавить в еду шелкопрядов многостенные нанотрубки диаметром около 30 нм. Сейчас в опытах кормят одностенчатыми нанотрубкамидиаметром около 1-2 нм. Забегая вперёд, они не ошиблись. Шелкопряды от нового рациона не отказываются, поэтому хитрые китайцы решили добавить еще и графен для увеличения прочности нити. Для этого распылили взвесь с одностенчатыми нанотрубками и графеном на листья шелковицы. А теперь исследуют нить из коконов, которые получились после этой процедуры.
Учёные изучили спектры комбинационного рассеяния шёлкового волокна и экскрементов шелкопрядов — и подтвердили в обоих случаях внедрение углеродных нанотрубок в шёлковое волокно. Опыты показали, что характеристики нити улучшились по целому ряду параметров (см картинку).

После добавления графена и углеродных нанотрубок шёлковая нить стала проводником электричества.Такой шёлк можно использовать в электронике. Удобно запитывать носимые гаджеты, вшитые прямо в шёлковую одежду. Собственно, и светящуюся ткань сделать достаточно просто. Материал с такими свойствами позволит создавать электропроводную ткань, возможно, светящуюся или носимые «умные» устройства, встроенные в одежду. И про цены:
На данный момент нельзя говорить о целесообразности введения в рацион шелкопрядов графена и нанотрубок из углерода. Неизвестно, окупятся ли расходы на эти материалы повышением характеристик шелковой нити в полтора раза.
Предлагаю дать корове сена с графеном и получить токопроводящее молоко!

Анастасия Тмур