Extrémne pevný materiál napodobňuje štruktúru pavučinového vlákna

Tím vedcov nedávno vyvinul extrémne pevné polymérové vlákno, ktoré bolo inšpirované pavúkmi. Tento materiál pozostáva z mikroštrukturálnych vlákien, ktoré majú vlastnosti podobné pavučinovému vláknu. Pavučinové vlákno má priemer len tri až osem mikrometrov, avšak jeho pevnosť je päť až desaťnásobná v porovnaní s oceľou či kevlarom.

Pavučinové vlákno vďačí za svoju pevnosť (schopnosť absorbovať veľké množstvo energie) molekulárnej štruktúre svojho proteínového reťazca. Vedci sa už dlhé roky snažia vytvoriť materiál, ktorý sa vláknu vyrovná. Frederick Gosselin, Daniel Therriault a Renaud Passieux z Polytechnique Montreal sa preto rozhodli preskúmať mechanický pôvod úžasnej pevnosti týchto vlákien.

Gosselin povedal, že proteín pavučinového vlákna má štruktúru podobnú strune, pri ktorej je každá slučka upevnená k susedným slučkám chemickými spojmi, ktoré sa zlomia skôr než sa roztrhne hlavný molekulárny štrukturálny reťazec. Na to, aby sme proteín roztrhli pomocou ťahania, musíme pružinu narovnať a roztrhnúť každú z väzieb, jednu po druhej, čo si vyžaduje mnoho energie. Práve tento mechanizmus sa vedci snažia v laboratóriu napodobniť.

Passieux podotkol, že pri svojom výskume využili viskózny polymérový roztok na vytvorenie nestabilnej vrstvy. Nestabilita má za následok formovanie slučiek. Je to podobné ako keď na opečený chlieb nanesieme med. Spôsob prúdenia tekutiny určí nestabilitu, ktorá vláknam dodá požadovaný geometrický tvar.

Keď sa roztok vyparuje, vlákno tuhne. Nakoniec sa sformujú silné väzby, podobné proteínovému pavučinovému vláknu, ktoré dokáže pretrhnúť len veľké množstvo aplikovanej energie. Therriault dodal, že cieľom ich projektu bolo zmapovať ako nestabilita počas výroby materiálu ovplyvní geometriu slučiek a tým aj mechanické vlastnosti daného vlákna. Táto štúdia bola založená na expertíze viacerých vedných disciplín – mechanike kvapalín, mikrovýroby, mechanike tuhých telies, polymérovej reológie a mnohých ďalších.

V budúcnosti by si vlákna inšpirované pavučinami mohli nájsť mnoho využití v kompozitných materiáloch. Z takýchto kompozitov by mohli byť vyrobené bezpečnejšie a ľahšie kryty motorov lietadiel, ktoré by zabránili vzniku veľkého množstva úlomkov v prípade explózie. Dali by sa však využiť aj pre chirurgické nástroje či nepriestrelné vesty.

Ján Kľučár
Foto pixabay
Komentáre