Les vers à soie mangeaient du graphène et fabriquaient un fil de soie qui conduit l'électricité

Les vers à soie sans méfiance mangent des feuilles de mûrier saupoudrées d'une suspension de graphène à deux pour cent

. Le ver à soie est un papillon domestique relativement grand que les Chinois utilisent depuis au moins 5000 ans pour produire de la soie (probablement après plusieurs siècles ou millénaires de sélection). Pendant longtemps, la Chine a été un monopole mondial, fournissant de beaux tissus à l'Europe le long de la route commerciale, appelée la Route de la soie. Ensuite, les Byzantins ont volé des œufs de vers à soie, puis les Européens les ont obtenus grâce aux croisades.

Cependant, il ne s'agit pas ici des rusés chinois avec leurs plans d'affaires millénaires, mais du matériau unique, qui est la soie en soi.Il s'agit d'une protéine naturelle, l'une des plus durables de la nature. La fibre est composée à 75% de fibroïne et à 25% de sericine. Au microscope, deux filaments parallèles de fibroïne avec des raids bosselés de séricine sont visibles. En plus d'eux, la cire contient des graisses et des graisses, ainsi que des minéraux. La largeur du fil de soie est de 32 microns, la longueur peut atteindre 1,5 kilomètre. Contrainte de rupture d'environ 40 kgf / mm ² .

La soie est un matériau exceptionnel, et les scientifiques ont tenté à plusieurs reprises d'améliorer la fibre de soie avec divers composants fonctionnels tels que les peintures, les protéines fluorescentes, les antimicrobiens, les nanoparticules de métal / semi-conducteur et les polymères électriquement conducteurs.

Pour la modification de la fibre de soie, deux stratégies principales sont utilisées: modification du fil fini et enrichissement du matériau lors de sa production (digestion) à l'intérieur du ver à soie. Le premier de ces processus technologiques est assez complexe, en plusieurs étapes et nécessite l'utilisation de réactifs toxiques. A titre de comparaison, la méthode récemment inventée d'enrichissement de la soie à l'intérieur du ver à soie est un processus totalement écologique et relativement simple. Vous avez juste besoin de planter des vers à soie sur un régime.

Des scientifiques de la Faculté de chimie et du Centre de nano et micromécanique de l'Université de Tsinghua (Pékin) ont proposé une nouvelle méthode d'enrichissement de la fibre de soie à l'aide de nanotubes de carbone et de graphène.

Les nanotubes de carbone et le graphène ont d'excellentes caractéristiques mécaniques et sont largement utilisés dans la production de matériaux à haute résistance. Il y a eu plusieurs tentatives pour ajouter des nanotubes de carbone à la soie en modifiant le fil fini ou en ajoutant des vers à soie à l'alimentation. Des expériences similaires ont été réalisées avec des araignées. Dans une expérience précédente, les vers à soie ont été nourris de nanotubes à parois multiples d'un diamètre d'environ 30 nm . Maintenant, les scientifiques chinois ont suggéré logiquement que pour le système digestif des vers à soie et l'introduction de la fibroïne dans la structure, des nanotubes à plusieurs étages mais à un seul étage avec un diamètre d'environ 1-2 nm seraient beaucoup plus acceptables. Pour l'avenir, ils ne se sont pas trompés.

En plus des nanotubes à un étage, les scientifiques ont décidé d'alimenter les vers à soie en graphène, également un durcisseur potentiel. Pour nourrir les animaux, les scientifiques ont utilisé une méthode simple: ils ont pulvérisé une suspension de nanotubes en une étape et de graphène sur les feuilles de mûrier dont se nourrissent les vers à soie - puis ils ont collecté le produit dans un cocon.

L'expérience a réussi. Le régime alimentaire des vers à soie avec l'ajout de nanotubes à une étape et de graphène a conduit à la production de fils de soie aux propriétés améliorées. Le fil est obtenu de manière naturelle à partir d'un cocon, comme un fil de soie ordinaire.

Les scientifiques ont étudié les spectres Raman des fibres de soie et des excréments de vers à soie - et dans les deux cas ont confirmé l'incorporation de nanotubes de carbone dans la fibre de soie. Ils ont également vérifié comment les propriétés de la fibre ont changé après l'introduction des nanotubes de carbone.


Les illustrations montrent la conception expérimentale, des photographies de cocons obtenus après avoir nourri des vers à soie avec des feuilles de mûrier recouvertes d'une suspension de nanotubes avec une concentration massique de 0,2% et 1,0% et une suspension de graphène avec une concentration de 0,2% et 2,0%. Sont illustrés des photographies d'un microscope électronique à balayage pour chaque échantillon de fil de soie et un diagramme avec les caractéristiques d'allongement du fil.

D'autres caractéristiques mécaniques des fibres de soie améliorées sont présentées dans le tableau: contrainte de traction, contrainte de traction maximale et module d'élasticité.



Comme le montre clairement le tableau, une série d'expériences reste à effectuer afin de trouver la concentration optimale de nanotubes de carbone et de graphène dans le régime du ver à soie, afin qu'ils produisent des fils de plus grande résistance. Nous voyons qu'un régime avec une concentration plus faible de SWNT1-S et GR1-S a conduit à la production de fibres avec de bien meilleures propriétés qu'un régime avec une concentration plus élevée de SWNT2-S et GR2-S.

Sans surprise, après l'ajout de graphène et de nanotubes de carbone, le fil de soie est devenu conducteur d'électricité. Dans le meilleur échantillon de soie avec des particules de graphène, la conductivité électrique était assez élevée de 120 siemens par centimètre. Cette soie peut être utilisée en électronique. Il est pratique d'alimenter des gadgets portables cousus directement dans des vêtements en soie. En fait, fabriquer un tissu lumineux est assez simple.



Les photographies d'un microscope électronique à transmission montrent clairement que les fibres de soie avec des nanotubes de carbone (au milieu) et du graphène (ci-dessous) sont beaucoup mieux structurées que la soie ordinaire (ci-dessus).

L'article scientifique a été publié le 13 septembre 2016 dans la revue Nano Letters (doi: 10.1021 / acs.nanolett.6b03597).

Source: https://habr.com/ru/post/fr398343/