Матеріал ниток павутиння має напівпровідникові властивості.
Відкрита реєстрація
У світі тварин
Прямий ефір
Схожі записи
scala 10 травня 2011, 20:39
CRUEL 16 травня 2009, 22:29
Найкращі за рейтингом
- Приколи та гумор179367.98
- Цікаве143442.27
- Невідоме98305.46
- І знову НОВИНИ93635.13
- proІгри69492.58
Вчені з'ясували, що матеріал ниток павутиння має "напівпровідникові" властивості щодо звуку.
Ми вже давно знаємо, що павутина є по-справжньому дивовижним матеріалом, проте вчені, як і раніше, продовжують знаходити ще більш приголомшливі властивості та особливості у цих найтонших шовкових ниток.
Наприклад, нещодавно міжнародна група дослідників виявила, що павутина поділяє корисні властивості з напівпровідниками. Щоправда, замість того, щоб працювати з електронами, її можна використовувати для маніпуляції звуку та тепла.
Дослідження матеріалу, з якого павуки тчуть свою павутину, проведені дослідниками з університету Райс (Rice University), можуть послужити основою для створення штучних матеріалів, що володіють низкою унікальних властивостей, які дозволять за допомогою їх керувати поширенням звукових коливань, теплових хвиль та інших процесів на основі квазчіастіц, званих фононами. Пристрої, виготовлені з таких матеріалів, керуватимуть вищезгаданими коливаннями так само, як електронні напівпровідникові схеми керують рухом потоку електронів.
Результати проведених досліджень вказують на те, що матеріал павукового шовку має аналог напівпровідникової забороненої зони по відношенню до фононів, акустичних квантів.коливань. Це, у свою чергу, означає, що цей матеріал може заблокувати поширення фононів певної частоти, діючи за аналогією з електронною забороненою зоною, яка дозволяє перетинати перехід тільки електронам з певною енергією.
Як павуки використовують такі незвичайні властивості матеріалу павутиння, залишається поки що не ясним, але людям з їх розвиненою уявою зовсім не важко знайти практичне застосування такого матеріалу. "Полімери, що мають подібну структуру, можна використовувати для виготовлення фононних хвилеводів, як новий тип акустичної або теплової ізоляції та багато іншого" - розповідає Дін Едвін Томас (Dean Edwin Thomas), вчений з університету Райс.
Матеріал шовку має ієрархічну структуру, що складається з білків, що згортаються в кристали та плоскі "аркуші". Ці тверді кристали пов'язані один з одним м'якшими аморфними ланцюгами. Розтяг цих ланцюгів змінює відстань і взаємне розташування кристалів, що дозволяє змінювати акустичні властивості шовку, просто розтягуючи або стискаючи його волокно.
Все це дозволяє керувати шириною забороненої фононної зони і змінювати діапазон частот, які будуть або не будуть поширюватися по цьому волокну. Такий ефект можна використовувати для створення акустичних аналогів транзисторів, на базі яких можна створювати складніші схеми, що виконують обробку та керування акустичними або тепловими сигналами.
Проведені експерименти показали, що при стисканні акустичних хвилеводів, виготовлених з павукового шовку, швидкість поширення фононів у них знизилася на 15 відсотків, однак смуга блокованих частот при цьому розширилася на 31 відсоток.
Коли волокно шовку було розтягнуто, швидкість фононів збільшилася на 27відсотків, а смуга частот звузилася на 33 відсотки. Для порівняння, у звичайного шовку, не схильного до механічних напруг, заборонена зона знаходиться на частоті 14.8 гігагерц, а її ширина становить 5.2 гігагерца.
"Раніше була проведена маса досліджень волокон штучних полімерних матеріалів, наприклад, нейлону. Але в жодного з цих матеріалів не було виявлено акустичної забороненої зони" - розповідає Дін Едвін Томас, - "Зараз ми не можемо спрогнозувати, до появи яких нових технологій може призвести відкриття таких незвичайних властивостей природного матеріалу, які можна легко повторити в синтетичному матеріалі.
Ну чи не так, він симпатяга!
І ще трохи цікавого!
Штучна шкіра, посилена тканиною з павутини, здатна витримати влучення кулі.
Матеріал, з якого павуки плетуть свої повітряні павутини, не виглядає особливо міцним. Але, тим не менш, він у чотири рази міцніший за кевлар, матеріал, що використовується для виготовлення куленепробивних жилетів та інших захисних засобів. І, використовуючи цей паучий "шовк", вчені створили зразки армованої ним штучної шкіри, яка здатна витримати влучення пістолетної кулі.
У випробуваннях куля летіла зі швидкістю лише наполовину від своєї номінальної швидкості. На жаль, кулю, що летить на звичайній швидкості, така штучна шкіра зупинити не в змозі. Заради справедливості варто відзначити, що зразки штучної шкіри, "армованої" волокном звичайного шовку, отриманого від шовковичного шовкопряда, не здатні зупинити кулю і на половині її швидкості.
Для створення такої "куленепробивної" шкірибули потрібні зусилля міжнародної команди. По-перше, для отримання волокна використовувалися тутові шовкопряди, які були модифіковані генетично для того, щоб вони виробляли шовк, за складом не відрізняється від складу павукового шовку. Операції з отримання волокна та його витягування проводилися дослідниками університету штату Юта. Отримані кокони були відправлені до Південної Кореї, де вони були розплутані та сплетені в нитки, з яких у Німеччині була зіткана тканина.
На тканину з павукового шовку було нанесено клітини штучної шкіри, які були спроектовані та вирощені в Медичному центрі Лейденського університету в Нідерландах. Після п'яти тижнів інкубації у спеціальній камері штучна "куленепробивна" шкіра була готова до випробувальних стрільб.
Крім того, що дані дослідження становлять інтерес у галузі матеріалознавства, вони мають дуже реальні практичні застосування. По-перше, таку штучну шкіру можна буде використовувати для імплантації та заміни уражених вогнем або хімічними речовинами ділянок звичайної шкіри. По-друге, така штучна шкіра в майбутньому може стати оболонкою штучних організмом і біотехнічних систем, наприклад, біологічних роботів-андроїдів.