Шелкопряды съели графен и сделали шёлковую нить, которая проводит электричество


    Ничего не подозревающие шелкопряды поедают листья шелковицы, опрыснутые двухпроцентной взвесью графена

    Тутовый шелкопряд — относительно крупная одомашненная бабочка, которую китайцы как минимум 5000 лет используют для производства шёлка (вероятно, после нескольких столетий или тысячелетий селекции). Долгое время Китай был мировым монополистом, поставляя красивую ткань в Европу по торговому пути, который назвали Шёлковым путём. Потом византийцы выкрали яйца шелкопряда, а затем и европейцы добыли их благодаря крестовым походам.

    Впрочем, здесь не о хитрых китайцах с их тысячелетними бизнес-планами, а об уникальном материале, которым является шёлк сам по себе. Это натуральный белок, один из самых прочных в природе. Волокно состоит на 75% из фиброина и на 25% из серицина. Под микроскопом заметны две параллельно идущие нити фиброина с комкообразными налётами серицина. Кроме них, в шёлке присутствуют воски и жиры, а также минеральные вещества. Ширина шёлковой нити 32 мкм, длина может достигать 1,5 километров. Разрывное напряжение около 40 кгс/мм2.

    Шёлк — выдающийся материал, и учёные предпринимали неоднократные попытки улучшить шёлковое волокно с помощью различных функциональных компонентов, таких как краски, флуоресцентные протеины, антимикробные средства, наночастицы металлов/полупроводников, а также электропроводящие полимеры.

    Для модификации шёлкового волокна применяется две основные стратегии: модификация готовой нити и обогащение материала в процессе его производства (пищеварения) внутри шелкопряда. Первый из этих техпроцессов довольно сложный, многоэтапный и требует применения ядовитых реагентов. Для сравнения, недавно изобретённый способ обогащения шёлка внутри шелкопряда — вполне экологически чистый и относительно простой процесс. Нужно только посадить шелкопрядов на диету.

    Учёные с химического факультета и центра нано- и микромеханики Университета Цинхуа (Пекин) предложили новый способ обогащения шёлкового волокна с помощью углеродных нанотрубок и графена.

    Углеродные нанотрубки и графен обладают великолепными механическими характеристиками и широко используются в производстве высокопрочных материалов. Было несколько попыток добавить углеродные нанотрубки в шёлк путём модификации готовой нити или добавления в рацион шёлкопрядов. Похожие опыты проводились с пауками. В прошлом эксперименте шелкопрядам скармливали многостенные нанотрубки диаметром около 30 нм. Сейчас китайские учёные логично предположили, что для пищеварительной системы шелкопрядов и внедрения в структуру фиброина гораздо более приемлемыми окажутся не многостенчатые, а одностенчатые нанотрубки диаметром около 1-2 нм. Забегая вперёд, они не ошиблись.

    Кроме одностенчатых нанотрубок, учёные решили скормить шелкопрядам ещё и графен, тоже потенциальный упрочнитель. Чтобы скормить материалы животным, учёные применили простой метод: они распылили взвесь с одностенчатыми нанотрубками и графеном на листья шелковицы, которыми питаются шелкопряды — а потом собрали продукт из кокона.

    Опыт завершился успехом. Диета шелкопрядов с добавками одностенчатых нанотрубок и графена привела к получению шёлковой нити с улучшенными свойствами. Нить получена естественным натуральным путём из кокона, как и обычная шёлковая нить.

    Учёные изучили спектры комбинационного рассеяния шёлкового волокна и экскрементов шелкопрядов — и подтвердили в обоих случаях внедрение углеродных нанотрубок в шёлковое волокно. Они также проверили, насколько изменились свойства волокна после внедрения углеродных нанотрубок.


    На иллюстрациях показана схема эксперимента, фотографии коконов, полученных после кормления шелкопрядов листьями шелковицы с нанесённой взвесью нанотрубок концентрацией по массе 0,2% и 1,0% и взвесью графена с концентрацией 0,2% и 2,0%. Показаны фотографии со сканирующего электронного микроскопа для каждого образца шёлковой нити и диаграмма с характеристиками растяжимости нити

    Другие механические характеристики улучшенных шёлковых волокон показаны в таблице: разрывное напряжение, максимальное растяжение до разрыва и модуль упругости.



    Как понятно из таблицы, предстоит провести ещё ряд экспериментов, чтобы найти оптимальную концентрацию углеродных нанотрубок и графена в диете шелкопрядов, чтобы у них получались нити большей прочности. Мы видим, что диета с более слабой концентрацией SWNT1-S и GR1-S привела к производству волокна с гораздо лучшими свойствами, чем диета с более высокой концентрацией SWNT2-S и GR2-S.

    Неудивительно, что после добавления графена и углеродных нанотрубок шёлковая нить стала проводником электричества. У лучшего образца шёлка с частицами графена электрическая проводимость составила довольно высокие 120 сименс на сантиметр. Такой шёлк можно использовать в электронике. Удобно запитывать носимые гаджеты, вшитые прямо в шёлковую одежду. Собственно, и светящуюся ткань сделать достаточно просто.



    На фотографиях с просвечивающего электронного микроскопа хорошо видно, что шёлковые волокна с глеродными нанотрубками (посередине) и графеном (внизу) гораздо лучше структурированы, чем обычный шёлк (вверху).


    Научная статья опубликована 13 сентября 2016 года в журнале Nano Letters (doi: 10.1021/acs.nanolett.6b03597).
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 95

      +27

      Предлагаю дать корове сена с графеном и получить токопроводящее молоко!

        –11
        Там и так воды хватает — как отличного проводника.
          +22
          С графеном всё становится лучше!
            +4
            Если благодаря графену удастся запитать блютуз… тогда наступает синергетический эффект, т.к. всем известно, что с блютузом тоже все становится лучше. Имеем лучше в квадрате.
              +5
              Пусть коровы раздают Wi-Fi! Вместо антенн — рога!
                +1
                будем скармливать коровам старые роутеры.
                Двойной профит.
                1 Коровы начнут раздавать wi-fi
                2 простая переработка старых роутеров
                  0
                  немедленно вспомнилась МВА-шутка — чтобы корова меньше ела и больше давала молока — ее надо меньше кормить и больше доить…
            +20
            Жаль только, что вода — не проводник, да.
              0
              Но с раствором солей — вполне себе.
              +1
              Вода — диэлектрик.
                0
                Тогда почему при падении фена в ванну человека может убить током?
                  +1
                  Потому что не может.
                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                    +1
                    Потому что вода грязная.
                      +2
                      Потому что фен тяжелый.
                  +25
                  И невероятно прочную навозную лепешку.
                    +14
                    А потом этими лепешками можно удобно и прочно заделать дыры на дорогах!
                      +3
                      Модифицированный графеновый коровяк?
                        +5
                        Модифицированные коровы-асфальтоукладчики!
                        +2
                        автматизированное стадо — дорогоукладчик.
                          0
                          Судя пот всему, у нас и так заделывают дыры на дорогах — навозом, а не асфальтом. Так что — ничего новго
                          +10
                          Боевой гномий хлеб?))
                            +6
                            Заголовок спойлера
                            image
                            +21
                            Я попробовал, работает. Я съел бутерброд с графеном, и получил Core i5-6400. Единственная проблема, он очень болезненно выходит.
                              0
                              Концентрация графена слишком большая, попробуйте уменьшить до 0.2%
                                +9
                                Боюсь, тогда может получиться AMD FX-8350, а у него ножки есть. Это ещё хуже будет.
                                  0
                                  Не бойтесь, чтобы ножки получились, надо добавить в диету микрочастицы золота, железа и никеля.
                                    0
                                    Но в человеке и так есть немного всяких металлов, вдруг они сами нарастут?
                                      +6
                                      Смотрите чтобы весь сокет не нарос.
                                0
                                Это еще хорошо, что не AMD. Там ножки на процессоре
                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                  +2
                                  Уже придумали)

                                  0
                                  0.008 Ом на см значит? Неплохо, да.
                                    0
                                    Одежду с подогревом можно делать.
                                      0
                                      Так то кожа неплохо проводит тоже, так что в любом случае подкладка понадобится как внутренняя, изолирующая от тела, так и внешняя изоляция от дождя и других тел и т.д.)
                                      https://geektimes.ru/post/264708/ обошлись без шелка с графеном
                                        0
                                        Удельное сопротивление в 8000 раз больше, чем у железа… Думаю, не очень хорошая одежда с подогревом выйдет… Я так понял, что всё-таки приследовались цели улучшить механические свойства. Хотя, приведена проводность. Может, если прыскать листок сигментно, получим что-то вроде p-n перехода? В общем, впечатление недосказанности присутствует.
                                          0
                                          ну, не ЛЭП же из этого шёлка строить. А вот статика накапливаться не будет — уже профит.
                                            0
                                            Этим же грешит одежда из синтетических материалов, с хлопком и шёлком таких проблем не наблюдалось.
                                              0
                                              С шёлком не наблюдалось? Ещё как! И с шерстью, кстати, тоже.
                                              Если никогда не имели дело с натуральным шёлком — вот цитата (выделение моё):
                                              >на примере стеклянной палочки или пластмассовой линейки. Потрите их кусочком ткани (линейку лучше шерстяной, стекло — шелковой). Они все станут «волшебными»—наэлектризуются и будут притягивать маленькие кусочки бумаги, пушинки, вату

                                              Источник: https://murzim.ru/jenciklopedii/bolshaja-detskaja-jenciklopedija/10147-svoystva-naelektrizovannyh-tel.html
                                                0
                                                Я когда написал, через пару часов вспомнил про шерсть и подумал, что фигню сморозил. :)
                                        0
                                        120 ом так и выходит!
                                        +4
                                        Интересно было бы узнать, как такая диета влияет на продолжительность жизни шелкопряда…
                                          0
                                          Кокон — смерть шелкопряда, (эволюция во что-то другое)
                                            +1
                                            В шелковые нити собственно :)
                                            0
                                            Никак не влияет, так как раз шелкопряд окуклился, то он свой жизненный цикл завершил. А при добыче нити их все равно варят живьем, чтобы не резать ценный продукт и не укорачивать нить.
                                              0
                                              Варят? Разве не паром обрабатывают?
                                                0
                                                Мне рассказывали, что в итоге все равно варят. Есть вот такое описание:
                                                2.1. Прежде всего, необходимо умертвить куколку тутового шелкопряда. Для этого коконы обрабатываются водяным паром, а затем помещают в кипящую воду, в которой частично растворяется белковый клей (серицин), скрепляющий шелковые нити.
                                                ссылка
                                                  0
                                                  есть много способов, паром, током, радиацией, химией и т.д
                                                  +4
                                                  Коконы разматывают? А как кончик находят?
                                                    +4
                                                    Кончик шелкопряда?
                                                      +3
                                                      У графеновых на нем штекер USB…
                                                  +2
                                                  А как быть с токсичностью углеродных трубок и графена?
                                                    +2
                                                    Очень часто токсичность в наше время имеет период воздействия в 30 и более лет. А шелкопряд живет много меньше года. Если кокон успел сделать значит токсичность приемлемая. А нить клейкая, частички там связаны и думаю угрозы личинке не представляют. Тут надо на птиц смотреть которые могут поедать гусениц тоннами.
                                                      +1
                                                      Видимо вопрос был о другом. При распылении графеновой взвеси часть её попадёт на почву или стебли, из которых потом сделают компост, который может оказаться совсем на другом поле. Нет ли в этом опасности? Не перестанут ли расти растения на поле подвергшемуся графеновому поливу? Не опасен ли для человека шёлк от графеновых шелкопрядов?
                                                        +1
                                                        В отличие от асбеста, графен может покинуть лёгкие химическим путём.
                                                        Последствия будут примерно как в Пекине от вдыхания смога от угольных электростанций.
                                                          0
                                                          Но период полувыведения у него все равно долгий (годы).
                                                      0
                                                      При длительном контакте с кожей и графен, и нанотрубки вызывают раздражение, так как удаляют жир с поверхности кожи, так что количество этих веществ в одежде из шёлка должно быть регламентировано.
                                                        0
                                                        Это еще вопрос, т.к. в нитях он в связанном виде, и свойства свободного графена\нанотрубок могут не проявляться.
                                                          +1
                                                          Со временем, под воздействием ультрафиолета и влажности, «композит» может разрушаться и высвобождать графен/нанотрубки.
                                                      –2
                                                      > двухпроцентным раствором графена

                                                      Как страшно жить
                                                        0
                                                        «Раствором графена»? Вы это серьёзно? Графен, нанотрубки и прочий углерод не растворяются в воде, образуют взвесь.
                                                          0
                                                          Ну да, разумеется. Спасибо за замечание, поправил.
                                                          –22
                                                          За такие опыты ученым руки надо отрывать…
                                                            +4
                                                            Зачем?
                                                              –3
                                                              Чтобы быть человеком.
                                                                +4
                                                                Угу-угу, а ещё мерзкие люди убивают несчастных животных и растения. Предлагаю вам избегать общества этих мерзких людишек — уйдите в тайгу, без одежды, лекарств и инструментов. Питайтесь падалью и плодами деревьев (не забывая косточки выплёвывать — это будущая жизнь!). Если будет досаждать гнус — не убивайте, они тоже живые, и тоже чувствуют боль. Стоит ли говорить что убивать животных и обламывать ветви и стебли растений тоже не стоит? Только так вы будете настоящим человеком, подлинным примером для подражания.
                                                                  –4
                                                                  Демагогия — признак негодяев.
                                                                    0
                                                                    Почитал ваши коментарии под другими статьями. И мне кажется, что как раз демагогия ваш конек. Вы не развиваете своих идей, подводите других вам задавать вопросы, выяснять что-же у вас в голове, но вы ведь не скажите. Будете держать интригу. Если вы против того что делают с шелкопрядами, не поленитесь распишите свое виденье, против чего именно вы против, и как вы видите мир без этого. Промоделируйте результаты своих ощущений, если они вас устроят — опишите и озвучьте. Пускай это будет простыня, кому интересно — тот прочтет.
                                                                    А так это типичный пук в лужу, типа я вот не такой, я жалею шелкопрядов и не люблю людей. А по факту обычный человек, живущий обычной жизнью. Не стоит превозносить себя лишь на основании своих ощущений и эмоций, нужны поступки.
                                                                      –1
                                                                      Можете называть правду демагогией сколько угодно, но это будет демагогия.
                                                                +1
                                                                Гринпис за права насекомых, червей и бактерий?
                                                                Так нужно помнить, что эти товарищи и так на планете в большинстве…
                                                                +15
                                                                О! Так можно будет вместо шапочки из фольги носить нормальную шелкографеновую?! :)
                                                                  0
                                                                  таки лучше носить шапочку с подкладкой из фольги
                                                                    0
                                                                    и заземлять обязательно иначе она превращается в антенну
                                                                      +1
                                                                      Где-то видел обсуждение такое, что-то типа:
                                                                      и цепочку для заземления прицепить как троллейбусы
                                                                      0
                                                                      Неудобно же — фольга будет череп царапать
                                                                        0
                                                                        Можно между слоями вшивать
                                                                    +2
                                                                    Ай да молодцы китайцы :). Их шелкопряды производят настолько похожие нити, что их фото неотличимы вплоть до уровня артефактов. Сравните Fig 1 d, f и g
                                                                      0
                                                                      Ну я бы так не говорил, что шелкопряды ничего не подозревают…
                                                                        0
                                                                        Интересно было бы заменить кабель в наушниках на такую нить. Вот только как к контактам припаять?
                                                                          +1
                                                                          Какой простор для аудиофильных компаний, можно производить кабеля с помощью шелкопряда, раскручивая установку с листьями для более гармоничного создания нити.
                                                                            0
                                                                            Что-то становится похоже на самый дорогой сорт кофе, который получают из американских белок
                                                                              0
                                                                              Из циветт. Это даже близко не белка. И не американских, а индонезийских.
                                                                                0
                                                                                Ещё из слонов похожий напиток «добывают».
                                                                                  0
                                                                                  И не только кофе :)
                                                                                  http://hrenovina.net/10967
                                                                              0
                                                                              Надо ещё эту установку рядом с источником белого шума ставить. Так сама нить будет лучше проводить в большем диапазоне частот.
                                                                                0
                                                                                Надо застваить шелкопрядов слушать соответствующий репертуар. Будет целая серия разных кабелей для разной музыки, хотя постойте… OH SHI--
                                                                                0
                                                                                тут еще важно что бы нити шелкопряда были от близких «родственников» c северного склона горы и «направлены» в одну сторону =)
                                                                                0
                                                                                Токопроводящий клей? Правда с таким сопротивлением идея кажется не очень.
                                                                                –1
                                                                                Космический лифт стал чуточку ближе.
                                                                                  0
                                                                                  На баш, что ли, эти каменты запостить?)))
                                                                                    +5
                                                                                    Они и так каждый день Geektimes цитируют. :D
                                                                                    0
                                                                                    Это ведь очень крутая статья, исследования в этой области очень перспективные, все дело в стоимости производства такой ткани. Народ затралил жестко)) на баше сегодня эти комменты точно всплывут, инфа 100ка))
                                                                                      0
                                                                                      «Ничего не подозревающие шелкопряды поедают листья шелковицы, опрыснутые двухпроцентной взвесью графена», скоро начнут подозревать…
                                                                                        0
                                                                                        на деревьях с шелкопрядом можно гирлянды делать и чтоб горели))
                                                                                          0
                                                                                          Чтобы горели, надо еще нано-светодиодами опрыскать

                                                                                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                        Самое читаемое