Los gusanos de seda comieron grafeno e hicieron un hilo de seda que conduce la electricidad.

Los gusanos de seda desprevenidos comen hojas de morera rociadas con una suspensión de grafeno al dos por ciento.El

gusano de seda es una mariposa domesticada relativamente grande que los chinos han estado utilizando durante al menos 5000 años para producir seda (probablemente después de varios siglos o milenios de selección). Durante mucho tiempo, China fue un monopolista mundial, suministrando tejidos hermosos a Europa a lo largo de la ruta comercial, que se llamaba la Ruta de la Seda. Luego los bizantinos robaron huevos de gusanos de seda, y luego los europeos los consiguieron gracias a las Cruzadas.

Sin embargo, aquí no se trata de los astutos chinos con sus planes comerciales de mil años, sino del material único, que es la seda en sí misma.Esta es una proteína natural, una de las más duraderas en la naturaleza. La fibra es 75% de fibroína y 25% de sericina. Bajo el microscopio, se notan dos filamentos paralelos de fibroína con incrustaciones de sericina. Además de ellos, la cera contiene grasas y grasas, así como minerales. El ancho del hilo de seda es de 32 micras, la longitud puede alcanzar 1,5 kilómetros. Tensión de rotura de aproximadamente 40 kgf / mm ² .

La seda es un material sobresaliente, y los científicos han hecho repetidos intentos de mejorar la fibra de seda con varios componentes funcionales como pinturas, proteínas fluorescentes, agentes antimicrobianos, nanopartículas de metal / semiconductores y polímeros conductores de electricidad.

Para la modificación de la fibra de seda, se utilizan dos estrategias principales: modificación del hilo terminado y enriquecimiento del material durante su producción (digestión) dentro del gusano de seda. El primero de estos procesos tecnológicos es bastante complejo, de múltiples etapas y requiere el uso de reactivos tóxicos. A modo de comparación, el método recientemente inventado para enriquecer la seda dentro del gusano de seda es un proceso completamente ecológico y relativamente simple. Solo necesita plantar gusanos de seda en una dieta.

Científicos de la Facultad de Química y del Centro de Nano y Micromecánica de la Universidad de Tsinghua (Beijing) han propuesto un nuevo método de enriquecimiento de fibra de seda utilizando nanotubos de carbono y grafeno.

Los nanotubos de carbono y el grafeno tienen excelentes características mecánicas y se usan ampliamente en la producción de materiales de alta resistencia. Ha habido varios intentos de agregar nanotubos de carbono a la seda modificando el hilo terminado o agregando gusanos de seda a la dieta. Experimentos similares se llevaron a cabo con arañas. En un experimento anterior, los gusanos de seda fueron alimentados con nanotubos de paredes múltiples con un diámetro de aproximadamente 30 nm . Ahora, los científicos chinos sugirieron lógicamente que para el sistema digestivo de los gusanos de seda y la introducción de fibroína en la estructura, los nanotubos de etapas múltiples, pero de una etapa con un diámetro de aproximadamente 1-2 nm serían mucho más aceptables. Mirando hacia el futuro, no se equivocaron.

Además de los nanotubos de una etapa, los científicos decidieron alimentar con grafeno a los gusanos de seda, también un posible endurecedor. Para alimentar los materiales a los animales, los científicos utilizaron un método simple: rociaron una suspensión con nanotubos de una etapa y grafeno sobre las hojas de morera de las que se alimentan los gusanos de seda, y luego recolectaron el producto de un capullo.

El experimento fue exitoso. La dieta de los gusanos de seda con la adición de nanotubos de una etapa y grafeno condujo a la producción de hilos de seda con propiedades mejoradas. El hilo se obtiene de forma natural de un capullo, como un hilo de seda ordinario.

Los científicos estudiaron los espectros Raman de fibra de seda y excremento de gusanos de seda, y en ambos casos confirmaron la incorporación de nanotubos de carbono en la fibra de seda. También verificaron cómo cambiaron las propiedades de la fibra después de la introducción de los nanotubos de carbono.


Las ilustraciones muestran el diseño experimental, fotografías de capullos obtenidos después de alimentar gusanos de seda con hojas de morera recubiertas con una suspensión de nanotubos con una concentración de masa de 0.2% y 1.0% y una suspensión de grafeno con una concentración de 0.2% y 2.0%.

Se muestran fotografías de un microscopio electrónico de barrido para cada muestra de hilo de seda y un diagrama con las características de alargamiento del hilo.Otras características mecánicas de las fibras de seda mejoradas se muestran en la tabla: tensión de tensión, tensión de tensión máxima y módulo elástico.



Como queda claro en la tabla, queda por realizar una serie de experimentos para encontrar la concentración óptima de nanotubos de carbono y grafeno en la dieta del gusano de seda, de modo que produzcan hilos de mayor resistencia. Vemos que una dieta con una menor concentración de SWNT1-S y GR1-S condujo a la producción de fibra con propiedades mucho mejores que una dieta con una mayor concentración de SWNT2-S y GR2-S.

Como era de esperar, después de la adición de grafeno y nanotubos de carbono, el hilo de seda se convirtió en un conductor de electricidad. En la mejor muestra de seda con partículas de grafeno, la conductividad eléctrica era bastante alta, 120 siemens por centímetro. Tal seda se puede usar en electrónica. Es conveniente alimentar dispositivos portátiles cosidos directamente en ropa de seda. En realidad, hacer una tela luminosa es bastante simple.



Las fotografías de un microscopio electrónico de transmisión muestran claramente que las fibras de seda con nanotubos de carbono (en el centro) y grafeno (abajo) están mucho mejor estructuradas que la seda común (arriba).

El artículo científico fue publicado el 13 de septiembre de 2016 en la revista Nano Letters (doi: 10.1021 / acs.nanolett.6b03597).

Source: https://habr.com/ru/post/es398343/