रेशम के कीड़ों ने ग्रेफीन खाया और एक रेशम धागा बनाया जो बिजली का संचालन करता है

रेशम के कीटाणु शहतूत के पत्तों को ग्रेफीन के दो प्रतिशत निलंबन के साथ छिड़का हुआ खाते हैं

। रेशम का कीड़ा एक अपेक्षाकृत बड़ा घरेलू तितली है जिसे चीनी रेशम का उत्पादन करने के लिए कम से कम 5000 वर्षों से उपयोग कर रहे हैं (शायद कई शताब्दियों या चयन के बाद)। लंबे समय तक, चीन एक विश्व एकाधिकार था, यूरोप को व्यापार मार्ग के साथ सुंदर कपड़े की आपूर्ति करता था, जिसे सिल्क रोड कहा जाता था। तब बीजान्टिनों ने रेशम के कीड़ों के अंडे चुराए, और फिर यूरोपीय लोगों ने उन्हें धर्मयुद्ध के लिए धन्यवाद दिया।

हालांकि, यहां यह हज़ार साल की व्यावसायिक योजनाओं के साथ चालाक चीनी के बारे में नहीं है, बल्कि अद्वितीय सामग्री के बारे में है, जो अपने आप में रेशम है।यह एक प्राकृतिक प्रोटीन है, जो प्रकृति में सबसे अधिक टिकाऊ है। फाइबर 75% फाइब्रोइन और 25% सेरिसिन है। माइक्रोस्कोप के तहत, सेरिसिन के ढेलेदार छापों के साथ फाइब्रोइन के दो समानांतर चलने वाले फिलामेंट्स ध्यान देने योग्य हैं। उनके अलावा, मोम में वसा और वसा होता है, साथ ही साथ खनिज भी होते हैं। रेशम के धागे की चौड़ाई 32 माइक्रोन है, लंबाई 1.5 किलोमीटर तक पहुंच सकती है। लगभग 40 किग्रा / मिमी ² का ब्रेकिंग स्ट्रेस ।

रेशम एक उत्कृष्ट सामग्री है, और वैज्ञानिकों ने रेशम के फाइबर को विभिन्न कार्यात्मक घटकों जैसे पेंट्स, फ्लोरोसेंट प्रोटीन, एंटीमाइक्रोबियल, धातु / अर्धचालक नैनोकणों और विद्युत प्रवाहकीय पॉलिमर के साथ सुधारने के लिए बार-बार प्रयास किए हैं।

रेशम फाइबर के संशोधन के लिए, दो मुख्य रणनीतियों का उपयोग किया जाता है: रेशम के अंदर उत्पादन (पाचन) के दौरान तैयार धागे और सामग्री के संवर्धन के संशोधन। इन तकनीकी प्रक्रियाओं में से पहला काफी जटिल है, बहु-चरण है और विषाक्त अभिकर्मकों के उपयोग की आवश्यकता है। तुलना के लिए, रेशमकीट के अंदर रेशम को समृद्ध करने की हाल ही में आविष्कार की गई विधि पूरी तरह से पर्यावरण के अनुकूल और अपेक्षाकृत सरल प्रक्रिया है। आपको सिर्फ एक आहार पर रेशम के कीड़ों को लगाने की जरूरत है।

रसायन विज्ञान के संकाय और नैनो के लिए केंद्र- और सिंघुआ विश्वविद्यालय (बीजिंग) के माइक्रोमैकेनिक्स ने कार्बन नैनोट्यूब और ग्राफीन का उपयोग करके रेशम फाइबर के संवर्धन की एक नई विधि का प्रस्ताव दिया है ।

कार्बन नैनोट्यूब और ग्राफीन में उत्कृष्ट यांत्रिक विशेषताएं हैं और व्यापक रूप से उच्च शक्ति सामग्री के उत्पादन में उपयोग किया जाता है। तैयार यार्न को संशोधित करके या आहार में रेशम के कीड़ों को जोड़कर रेशम में कार्बन नैनोट्यूब को जोड़ने के कई प्रयास किए गए हैं। मकड़ियों के साथ भी इसी तरह के प्रयोग किए गए। पिछले प्रयोग में, रेशम के कीड़ों को लगभग 30 एनएम के व्यास के साथ बहुस्तरीय नैनोट्यूब खिलाया गया था । अब, चीनी वैज्ञानिकों ने तार्किक रूप से सुझाव दिया कि रेशम के कीड़ों के पाचन तंत्र और संरचना में फाइब्रोइन की शुरूआत के लिए, मल्टी-स्टेज नहीं, बल्कि लगभग 1-2 एनएम के व्यास वाले एकल-चरण नैनोट्यूब अधिक स्वीकार्य होंगे। आगे देखते हुए, उनसे गलती नहीं हुई।

एकल-चरण नैनोट्यूब के अलावा, वैज्ञानिकों ने रेशम के कीड़ों को ग्राफीन खिलाने का फैसला किया, एक संभावित हार्डनर भी। जानवरों को सामग्री खिलाने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक सरल विधि का उपयोग किया: उन्होंने शहतूत के पत्तों पर एकल-चरण नैनोट्यूब और ग्रेफीन के साथ एक निलंबन छिड़का जो रेशम के कीड़ों को खिलाते हैं - और फिर उन्होंने कोकून से उत्पाद एकत्र किया।

प्रयोग सफल रहा। एकल-चरण नैनोट्यूब और ग्राफीन के साथ रेशम के कीड़ों के आहार में सुधार गुणों के साथ रेशम धागे का उत्पादन हुआ। धागे को कोकून से प्राकृतिक तरीके से प्राप्त किया जाता है, एक साधारण रेशम के धागे की तरह।

वैज्ञानिकों ने रेशम फाइबर और रेशम के कीड़ों के उत्सर्जन के रमन स्पेक्ट्रा का अध्ययन किया - और दोनों मामलों में कार्बन नैनोट्यूब को रेशम फाइबर में शामिल करने की पुष्टि की। उन्होंने यह भी जांचा कि कार्बन नैनोट्यूब की शुरुआत के बाद फाइबर के गुण कैसे बदल गए।


चित्रण प्रयोगात्मक डिजाइन दिखाते हैं, शहतूत के पत्तों के साथ रेशम के कीड़ों को खिलाने के बाद प्राप्त कोकून की तस्वीरें 0.2% और 1.0% के बड़े पैमाने पर नैनोट्यूब के निलंबन और 0.2% और 2.0% की एकाग्रता के साथ ग्राफीन के निलंबन के साथ लेपित होती हैं। रेशम के धागे के प्रत्येक नमूने के लिए एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप से फोटो और धागे के बढ़ाव की विशेषताओं के साथ एक आरेख

दिखाया गया है। बेहतर रेशम फाइबर के अन्य यांत्रिक विशेषताओं को तालिका में दिखाया गया है: तन्यता तनाव, अधिकतम तन्यता तनाव और लोचदार मापांक।



जैसा कि तालिका से स्पष्ट है, रेशम के कीड़ों के आहार में कार्बन नैनोट्यूब और ग्राफीन की इष्टतम एकाग्रता को खोजने के लिए प्रयोगों की एक श्रृंखला जारी की जाती है, ताकि वे अधिक से अधिक ताकत के किस्में पैदा करें। हम देखते हैं कि SWNT1-S और GR1-S की कम सांद्रता वाले आहार से SWNT2-S और GR2-S की उच्च सांद्रता वाले आहार की तुलना में अधिक बेहतर गुणों वाले फाइबर का उत्पादन होता है।

आश्चर्य नहीं कि ग्रेफीन और कार्बन नैनोट्यूब के जोड़ के बाद, रेशम का धागा बिजली का संवाहक बन गया। ग्राफीन कणों के साथ रेशम के सर्वश्रेष्ठ नमूने में, विद्युत चालकता 120 सेंटीमीटर प्रति सेंटीमीटर काफी अधिक थी। इस तरह के रेशम का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जा सकता है। यह सीधे पहनने योग्य उपकरणों को रेशम के कपड़ों में सिलने के लिए सुविधाजनक है। दरअसल, चमकदार कपड़े बनाना काफी सरल है।



एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप से तस्वीरें स्पष्ट रूप से दिखाती हैं कि कार्बन नैनोट्यूब (बीच में) और ग्राफीन (नीचे) के साथ रेशम के रेशे साधारण रेशम (ऊपर) की तुलना में बहुत बेहतर संरचित हैं।

वैज्ञानिक लेख 13 सितंबर 2016 को नैनो लेटर्स (doi: 10.1021 / acs.nanolett.6b03597) में प्रकाशित हुआ था ।

Source: https://habr.com/ru/post/hi398343/