Pavoučí hedvábí, vyztužené uhlíkovými nanostrukturami

Grafen je speciální uhlíková nanostruktura, která je uspořádána na úrovni jednotlivých atomů v měřítku nanometrů. Připomíná velmi jemné šestiúhelníkové a pravidelně srovnané rovinné pletivo, v jehož uzlech se nacházejí jednotlivé atomy uhlíku. Tloušťka této jednoatomární vrstvy činí jen asi jednu třetinu nanometru. Mezi zajímavé vlastnosti grafenu patří jeho vynikající mechanické, elektronické, tepelné a optické parametry, které otevírají cestu k novým výrobkům a aplikacím. Uhlíkové nanotrubičky jsou také tvořeny podobným nanopletivem, avšak uspořádaným do tvaru nanoválců.

Italská metoda v zásadě spočívá v postřiku pavouků spřádajících síť vodním roztokem s rozpuštěnými uhlíkovými nanotrubičkami nebo grafenovými vločkami. Výsledné pavoučí supervlákno materiáloví vědci prohlásili za vůbec nejpevnější vlákno vyrobené v průběhu lidské technologické historie. Vědci vzali jako základ 15 pavouků z čeledi třesavkovitých (Pholcidae), kteří se běžně vyskytují na italském venkově. Pět z nich vystavili působení roztoku s grafenovými vločkami o rozměrech 200-300 nanometrů, zatímco 10 zbývajících pokropili roztokem s uhlíkovými nanotrubičkami. Poté porovnali po mechanické stránce vzorky vyrobeného pavoučího hedvábí před postřikem a po něm. Pomocí spektroskopických měření také vědci potvrdili, že uhlíkové struktury jsou skutečně ve vláknech zakomponovány, ačkoliv není přesně jasné, jakým způsobem. Konkrétní podobu této vazby je třeba prozkoumat, zejména fakt, jestli je uhlíkový materiál rozmístěn uvnitř nebo jen na povrchu. Je však pravděpodobné, že vodný roztok s uhlíkovými nanostrukturami prošel metabolismem pavouků. 4 pavouci také brzy po postřiku zemřeli.

Pavouk Třesavka velká (Pholcus phalangioides) z čeledi třesavkovitých|foto: Olaf Leillinger, GNU General Public License, verze 1.2

Vzorky vláken vědci upevnili mezi dva držáky na měřící aparatuře takovým způsobem, že byli schopni měřit hodnoty síly s přesností 15 nanonewtonů a hodnoty polohy s přesností desetiny nanometru. Mez pevnosti vláken byla změřena na více než 5,4 gigapascalů (GPa), zatímco Youngův modul pružnosti na 47,8 GPa. Mezi různě vyrobenými vzorky samozřejmě existovaly jemné rozdíly. Přesto však takto vyrobené pavoučí produkty překonaly svojí pevností všechny dosavadní speciální materiály, jako například kevlar. Také původní přirozené pavoučí hedvábí bylo 3krát méně pevné. Italský tým se nyní pokusí připravit podobný pokus i s hedvábím, které vyrábějí bourci morušoví.

Pomocí spektroskopických měření vědci potvrdili, že uhlíkové struktury jsou po postřiku v pavoučích vláknech zakomponovány|foto: MIT

Zdroje: ScienceAlert, New Scientist, MIT Technology review, Popular Science, arXiv.org, Wikipedie (pavouci)