Élő gyárak

Élő gyárak

Római halász
"Népszerű Mechanika" №11, 2017

Glitter pókhálók és selyem nanocsövekkel: a tudósok készek arra, hogy állatokat és növényeket tegyenek gyárakká a jövő anyagainak előállításához.

A rovarok és pókok százmillió évekig tökéletesítették a szálak szövevényességét, megtanulva, hogyan készítsenek hihetetlenül tartós és könnyű, biokompatibilis és kémiailag inert anyagokat. Kár, hogy az emberek évezredek általi felhasználása lecsökken a selyemszövetek banális előállítására – bár annál jobban ismerjük ezeknek a biofibreinek tulajdonságait, annál inkább úgy néz ki, mintha egy mikroszkóppal szegeződne. Vegyünk legalább a szövedéket – az anyag megbízhatóbb, mint az acél (1,0-2,7 GPa szakítószilárdság) és könnyebb a szénszálnál (sűrűség 1,3-1,4 g / cm3). Tulajdonságai hasonlítanak a Kevlar legjobb változataihoz, sőt még újszálakkal ellátott szálakhoz is, amelyeket a polimerláncok molekuláris "csomóin" erősítenek. Nagyszerű ruhák és kábelek, tartós biológiailag lebomló zacskók, műtéti húrok és még testpáncél kijönnek a weben.

Ezek a tulajdonságok nőnek a pókháló komplex struktúrájából. A pók fehérjéket, például a spidroint, speciális mirigyek szelektálják, és főleg a glicin és az alanin aminosavból állnak.Mivel a szekréció megkötődik a levegőben, a kis és mobil glicin rugalmas és amorf bázikus struktúrát képez, míg az alanin erős "kristályos" doménekbe van szervezve, amely szintén köthető a szerin aminosav-szulfid-hidakhoz. Ez egy igazi biokompozit, amelynek komplex szerkezete egyedi tulajdonságokat képes elérni. További molekulák vehetők fel az amorf bázisokba, így a web új ​​tulajdonságai lehetnek: például a pirrolidin megszabadul a hangyáktól, és ugyanakkor aktívan veszi fel a vizet, miközben a szövedéket optimálisan hidratált állapotban tartja.

megerősítés

Az ilyen "ötvöző" vegyületek jelenléte nem ritka a természetes polimereknél. A fémek befoglalása megerõsíti egyes rovarok pofáját, és az ásványi kristályok teszik a csontvázak fogazatát a tengeralattjáróknak a legtartósabb természetes anyagokból. Nem meglepő, hogy a tudósok megpróbálják javítani a web tulajdonságait olyan mesterséges adalékanyagok – nanorészecskék, szén nanocsövek és akár kadmium félvezető mikrokristályok – bevezetésével, amelyek bevonása a hálót fluoreszkálta. Rendszerint egyszerűen permetezik a szálra.Nem lehet részecskéket beadni a szerkezetébe, amíg az olasz-brit fizikus, Nicola Puño nem vette le az állatokat vízzel grafén pelyhekkel és nanocsövekkel.

2015-ben csapata képes volt megmutatni, hogy egy ilyen egyszerű módszer működik: a szükséges adalékanyagok az arachnoidba esnek, és időnként növelik annak tartósságát és szakítószilárdságát. Ezt a megközelítést azonnal alkalmazták a kínai tudósok, ugyanazt a módszert alkalmazva, hogy a selyemszálak kétszer olyan erősek. Eközben Punio professzor javította a módszerét, és 2017 szeptemberében közzétette a tucatnyi különböző pókok vizsgálatának eredményeit, amelyeket egyetlen falú nanocsövekkel vagy a benne hígított grafénekkel öntöttek. A web maximális mutatói sokkal jobbnak bizonyultak, mint a természeteseké: a nanocsöveknek köszönhetően az egyik szalag akár 5400 MPa terhelést is képes ellenállni, és akár 1567 J / g energiát is felszívhatna, mielőtt összeomlana. "A természetes megerősítési eljárás más állatokhoz és növényekhez is alkalmazható," Puño és munkája szerzői biztosak abban, hogy "ez új innovatív bionikus kompozitok új csoportjához vezet."

termelés

Egy olasz professzor több mint egy éve próbál kombinálni a nanot és a biotechnológiát. Még szabadalmaztatott egy olyan eljárást is, amellyel nanotengelyekkel "megerősített" porózus gumit állítanak elő, amelyben az üregek élesztő erjedésével keletkeznek. Most, Punio úgy tűnik, hogy élő szervezeteket környezetbarát gyárakba fejleszti tovább. Valójában a biokompozitok, mint például a csalánkiütéses kagyló fogak vagy a pókhálós játékok jobbak a mesterséges analógoknál, és a tudósok nem hagyták abba a kísérleteket, hogy technológiákat hozzanak létre ipari szintézisük és módosításuk érdekében. A pókmirigyekből sikerül a spidroint kivonni, és elektrosztatikus és egyéb módszerekkel szálas szálakat alkotni. Mindazonáltal ezek a megközelítések összetettek, laboratóriumiak és gazdaságilag életképes termelésre való méretezésük még nem lehetséges.

És szükség van rá, ha hatékony természetes termelõk kúsznak, úsznak és csak növekedni fognak: a kitingyárak pusztasága, a spidroin pókháló adományozói, nanoszálakkal megerõsítve … Kérdésünk az volt, hogy milyen anyagokat lehetne javítani ilyen módon, Nikola Puño "Igen, szó szerint mindent, beleértve a bogarak, a fa stb. természetes páncélzatát.p. "A tudós szerint az ilyen megoldások nem csak a legjobb tulajdonságokat érik el, hanem biztonságban is használhatják még az orvostudományban is." Nos, mi a helyzet a csontjaink erejének növelésével, nanotubek bevezetésével? "Eddig túlságosan fantasztikusnak tűnt, – mondja Punio professzor -, de soha nem mondja "soha". "

Milyen nem létező anyagokat vár a közeljövőből?

Artem Oganov, vegyész, számítástechnikai szakember az új anyagok számára:

No. 1. Szupravezetők. Valódi remény volt olyan anyagok létrehozására, amelyek még a szokásos hőmérsékleten és nyomáson is tartják a nulla ellenállást. A számítások kulcsszerepet játszanak a keresésükben – például a rekord magas hőmérsékletű szupravezető H3S (-70 ° C) először a kínai tudósok előzetesen megjósolták a módszert, és csak ezt követően szintetizálták. A szupravezetők megjelenésével egy forradalom fog bekövetkezni, és a forradalom következményei kiszámíthatatlanok.

№ 2. Termoelektromos elemek – olyan anyagok, amelyek villamos energiát alakítanak át. Most már léteznek, de használatuk korlátozott az alacsony hatékonyság miatt.Ha lehetséges, hogy legalább kétszer növelje a hatékonyságot, akkor teljesen új fülkéket nyitnak meg: a termoelektrikák parazitikus hőt gyűjtenek az autókban és a repülőgépekben, ruhákat adnak egy "klímavédelmi" rendszerrel. A számítások azt mutatják, hogy ez teljesen lehetséges.

№ 3. Anyagok a fotokatalízishez. A fény hatása alatt izgatottak és felgyorsíthatják az ilyen reakciókat, például víz felosztásával hidrogén előállítására vagy a mesterséges benzin vízből és CO-ból történő szintetizálásához.2. A következmények egyértelműek – az energiaágazat forradalma.

№ 4. Új mágnesek. Majdnem minden jó mágnes drága és nehéz a ritka földi elemekhez. Nagyon szeretnék megszabadulni ettől, és a közeljövőben ez a feladat megoldható. Ha ez is sikeres a hatékonyság növelésében (függetlenül attól, hogy lehetséges, bár nem világos, hogy vannak kétségek), alapvetően új típusú motorok állnak majd rendelkezésre. "


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: