Структура шелка объясняет парадокс супер-прочности

Разбирая механизмы нанокристаллов шелка. (Фото: М. Buehler, MIT)

Изображение: В левой части изображения показан небольшой кристалл, который плавно деформируется по мере натяжения нити. Большой кристалл, в правой части, деформируется катастрофически по мере формирования трещины в левой части.

Пауки и тутовые черви являются мастерами материаловедения, но ученые, наконец, их догоняют. Их шелка являются одними из самых устойчивых известных материалов. Теперь ученые из Массачусетского технологического института разгадали некоторые из их глубоких тайн в исследовании, которое может проложить путь к созданию синтетических материалов, которые дублируют или даже превышают необычные свойства натурального шелка.

Маркус Бюлер, профессор Эстер и Гарольд Е. Эджертона с факультета гражданской и экологической инженерии Массачусетского технологического института и его группа уже давно изучают фундаментальные свойства материалов, а также каким образом эти материалы не выдерживают нагрузок. Что касается шелка, это означает использование компьютерных моделей, которые могут моделировать не только структуру молекул, но и как именно они двигаются и взаимодействуют по отношению друг к другу. Модели помогли исследователям определить молекулярные и атомные механизмы, ответственные за замечательные механические свойства материала.

Сочетание прочности и пластичности шелка – способность стягиваться или растягиваться не разрываясь – является результатом необычного расположения атомных связей, которые по своей сути очень слабые, обнаружили Бюлер и его группа.

Шелка сделаны из белков, в том числе из тех, которые образуют тонкие, плоские кристаллы, называемые бета-листы. Эти листы соединены друг с другом посредством водородных связей – одних из самых слабых типов химических связей.

Группа Бюлера провела серию компьютерных моделирований на атомном уровне, которые исследовали молекулярные механизмы разрыва в шелке. «Небольшие, но жесткие кристаллы показали способность быстро перестраивать свои разорванные связи и, как следствие плавно разрываться – то есть постепенно, а не неожиданно», объясняет аспирант Кетен.

Профессор Томас Шейбел из университета Байройт, Германия, который не был привлечен к этой работе, говорит, что работы Бюлера являются «работой высшего калибра», и она сможет стимулировать дальнейшие исследования.

Поделиться с друзьями:

Также интересно:


Вы можете следить за обсуждением этой записи с помощью RSS 2.0. Вы можете оставить комментарий, или trackback с вашего сайта.
Оставить комментарий