Надихаючись природою і способом формування синтетичних волокон кевлара, вчені Массачусетського технологічного інституту розробили самозбірні нанострічки, які, за їхніми словами, міцніші за сталь.
Самоформуючі нанострічки частково натхненні тим, як молекули можуть збиратися в мембрани або інші важливі структури в живій природі. Відтворити цей процес за допомогою штучно створених молекул зовсім непросто, проте вчені домоглися деякого успіху, змусивши їх об’єднуватися в водному середовищі.
«Подібні низькомолекулярні матеріали мають тенденцію до досить швидкого розкладання», – пояснює Джулія Ортон, доцент кафедри матеріалознавства та інженерії MIT. «Крім того, вони хімічно нестабільні. Вся конструкція розвалюється, коли ви видаляєте воду, особливо під впливом будь-якої зовнішньої сили.
Протягом декількох років Ортон і її команда працювали над новим класом малих молекул, які, як вони сподівалися, могли усунути ці недоліки, і лише недавно знайшли рішення. Нові молекули мають зовнішню частину, яка є гідрофільні і готові взаємодіяти з водою, а також внутрішню частину, яка є гідрофобною і води «боїться. Все це пов’язано міцними водневими зв’язками за образом кевлара, які дозволяють одним молекулам щільно з’єднуватися з іншими.
Команда розробила цей рецепт після проб і помилок за участю десятків конструкцій молекул, і знайшла його найбільш підходящим для кінцевих цілей. Успіх криється в тому, що делікатне поєднання гідрофобних і гідрофільних сегментів, поряд з щільною мережею водневих зв’язків, змушує окремі молекули рухатися у воді правильним чином, оскільки одні частини притягуються до рідини, а інші відштовхуються – і при цьому молекули міцно пов’язані одна з одною.
Якщо до речовини додати воду, то молекули збираються в довгі стрічки товщиною всього в один нанометр, які виявилися міцнішими стали. Ці стрічки розтягуються в довгі нитки, які можна сушити і обробляти. Команда виявила, що ці нитки можуть утримувати вагу в 200 разів більше від своєї власної. Матеріал також може похвалитися неймовірно великою площею поверхні – 200 квадратних метрів на грам.
Одна з областей, де можуть стати в нагоді подібні типи матеріалів з великою площею поверхні – це очищення води. Команда Массачусетського технологічного інституту досліджувала цю можливість, покриваючи стрічки певними молекулами і використовуючи їх для вилучення важких металів, таких як свинець і миш’як, із забрудненої води. Вчені також вивчають, чи можуть стрічки бути частиною передових електронних пристроїв і батарей – не виключено, що з їх допомогою можна буде створити куди більш енергоємні акумулятори.
Натхнення: www.popmech.ru