Grøn metode udviklet til fremstilling af kunstig edderkoppesilke

Et team af arkitekter og kemikere fra University of Cambridge har designet superstrækbare og stærke fibre, der næsten udelukkende består af vand, og kunne bruges til at lave tekstiler, sensorer og andre materialer. Fibrene, der ligner miniature bungee snore, da de kan absorbere store mængder energi, er bæredygtige, giftfri og kan laves ved stuetemperatur.

Denne nye metode forbedrer ikke kun tidligere metoder til fremstilling af syntetisk edderkoppesilke, da det ikke kræver høje energiprocedurer eller omfattende brug af skadelige opløsningsmidler, men det kunne væsentligt forbedre metoder til fremstilling af syntetiske fibre af enhver art, da andre typer syntetiske fibre også er afhængige af høj energi, giftige metoder. Resultaterne er rapporteret i journalen Procedurer fra National Academy of Sciences .

Edderkoppesilke er et af naturens stærkeste materialer, og forskere har forsøgt at efterligne dets egenskaber til en række applikationer, med varierende succes. "Vi har endnu ikke fuldt ud genskabt den elegance, hvormed edderkopper spinder silke, "sagde medforfatter Dr Darshil Shah fra Cambridge's Department of Architecture.

Fibrene designet af Cambridge -teamet er "spundet" af et suppeagtigt materiale kaldet en hydrogel, hvilket er 98% vand. De resterende 2% af hydrogel er fremstillet af silica og cellulose, både naturligt tilgængelige materialer, holdt sammen i et netværk af tøndeformede molekylære "håndjern" kendt som cucurbiturils. De kemiske interaktioner mellem de forskellige komponenter gør det muligt at trække lange fibre fra gelen.

Fibrene trækkes fra hydrogel, danner lang, ekstremt tynde tråde - et par milliontedele af en meter i diameter. Efter cirka 30 sekunder, vandet fordamper, efterlader en fiber, der er både stærk og elastisk.

"Selvom vores fibre ikke er så stærke som de stærkeste edderkoppesilke, de kan understøtte spændinger i området 100 til 150 megapascal, der ligner andre syntetiske og naturlige silke, "sagde Shah." Dog, vores fibre er giftfri og langt mindre energikrævende at lave. "

Fibrene er i stand til selvsamling ved stuetemperatur, og holdes sammen af ​​supramolekylær vært-gæstkemi, som er afhængig af andre kræfter end kovalente bindinger, hvor atomer deler elektroner.

"Når du ser på disse fibre, du kan se en række forskellige kræfter, der holder dem sammen i forskellige skalaer, "sagde Yuchao Wu, en ph.d. -studerende i Cambridge's Department of Chemistry, og papirets hovedforfatter. "Det er som et hierarki, der resulterer i en kompleks kombination af egenskaber."

Fibrernes styrke overstiger styrken for andre syntetiske fibre, såsom cellulosebaseret viskose og kunstig silke, samt naturlige fibre som menneske- eller dyrehår.

Ud over dens styrke, fibrene viser også meget høj dæmpningsevne, hvilket betyder, at de kan absorbere store mængder energi, ligner en bungee ledning. Der er meget få syntetiske fibre, der har denne kapacitet, men høj dæmpning er en af ​​de særlige kendetegn ved edderkoppesilke. Forskerne fandt ud af, at dæmpningskapaciteten i nogle tilfælde endda oversteg naturlig silke.

"Vi tror, ​​at denne metode til fremstilling af fibre kan være et bæredygtigt alternativ til nuværende fremstillingsmetoder, "sagde Shah. Forskerne planlægger at undersøge fibrernes kemi yderligere, herunder fremstilling af garn og flettede fibre.