Ulat sutra memakan graphene dan membuat benang sutra yang menghantarkan listrik

Ulat sutera yang tidak curiga memakan daun mulberry yang ditabur dengan suspensi graphene dua persen

. Ulat sutera adalah kupu-kupu peliharaan yang relatif besar yang telah digunakan oleh Tiongkok selama setidaknya 5.000 tahun untuk menghasilkan sutra (mungkin setelah beberapa abad atau ribuan tahun seleksi). Untuk waktu yang lama, Cina adalah perusahaan monopoli dunia, memasok kain indah ke Eropa di sepanjang rute perdagangan, yang disebut Jalur Sutra. Kemudian Bizantium mencuri telur ulat sutera, dan kemudian orang Eropa mendapatkannya berkat Perang Salib.

Namun, di sini bukan tentang orang Cina yang licik dengan rencana bisnis seribu tahun mereka, tetapi tentang bahan yang unik, yaitu sutra itu sendiri.Ini adalah protein alami, salah satu yang paling tahan lama di alam. Seratnya adalah 75% fibroin dan 25% serisin. Di bawah mikroskop, dua filamen berjalan paralel fibroin dengan serangan kental sericin terlihat. Selain itu, lilin mengandung lemak dan lemak, serta mineral. Lebar benang sutera adalah 32 mikron, panjangnya bisa mencapai 1,5 kilometer. Melanggar stres dari sekitar 40 kgf / mm ² .

Sutra adalah bahan yang luar biasa, dan para ilmuwan telah berulang kali berupaya memperbaiki serat sutera dengan berbagai komponen fungsional seperti cat, protein fluoresen, agen antimikroba, nanopartikel logam / semikonduktor, dan polimer konduktif listrik.

Untuk modifikasi serat sutra, dua strategi utama digunakan: modifikasi benang jadi dan pengayaan bahan selama produksi (pencernaan) di dalam ulat sutera. Yang pertama dari proses teknologi ini cukup kompleks, multi-tahap dan membutuhkan penggunaan reagen beracun. Sebagai perbandingan, metode baru-baru ini untuk memperkaya sutra di dalam ulat sutera adalah proses yang sepenuhnya ramah lingkungan dan relatif sederhana. Anda hanya perlu menanam ulat sutera saat diet.

Para ilmuwan dari Fakultas Kimia dan Pusat Nano- dan Mikromekanik dari Universitas Tsinghua (Beijing) telah mengusulkan metode baru pengayaan serat sutra menggunakan nanotube karbon dan graphene.

Karbon nanotube dan graphene memiliki karakteristik mekanik yang sangat baik dan banyak digunakan dalam produksi bahan berkekuatan tinggi. Ada beberapa upaya untuk menambahkan nanotube karbon ke sutra dengan memodifikasi benang jadi atau menambahkan ulat sutra ke dalam makanan. Eksperimen serupa dilakukan dengan laba-laba. Dalam percobaan sebelumnya, ulat sutra diberi makan nanotube multiwalled dengan diameter sekitar 30 nm . Sekarang, para ilmuwan Cina secara logis menyarankan bahwa untuk sistem pencernaan ulat sutera dan pengenalan fibroin ke dalam struktur, bukan multi-tahap, tetapi nanotube satu-tahap dengan diameter sekitar 1-2 nm akan jauh lebih dapat diterima. Ke depan, mereka tidak salah.

Selain nanotube satu-tahap, para ilmuwan memutuskan untuk memberi makan graphene ke ulat sutra, juga pengeras potensial. Untuk memberi makan bahan-bahan kepada hewan, para ilmuwan menggunakan metode sederhana: mereka menyemprotkan suspensi dengan nanotube satu tahap dan graphene ke daun mulberry yang diberi makan ulat sutra - dan kemudian mereka mengumpulkan produk dari kepompong.

Eksperimen itu berhasil. Makanan ulat sutra dengan penambahan nanotube satu tahap dan graphene menyebabkan produksi benang sutera dengan sifat yang lebih baik. Benang ini diperoleh dengan cara alami dari kepompong, seperti benang sutra biasa.

Para ilmuwan mempelajari spektrum Raman dari serat sutera dan kotoran ulat sutera - dan dalam kedua kasus mengkonfirmasi penggabungan nanotube karbon ke dalam serat sutera. Mereka juga memeriksa bagaimana sifat-sifat serat berubah setelah pengenalan karbon nanotube.


Ilustrasi menunjukkan desain eksperimental, foto-foto kokon diperoleh setelah memberi makan ulat sutra dengan daun murbei dilapisi dengan suspensi nanotube dengan konsentrasi massa 0,2% dan 1,0% dan suspensi graphene dengan konsentrasi 0,2% dan 2,0%. Foto-foto dari mikroskop elektron pemindaian untuk setiap sampel benang sutera dan diagram dengan karakteristik perpanjangan ulir

ditampilkan. Karakteristik mekanis lainnya dari serat sutera yang ditingkatkan ditunjukkan pada tabel: tegangan tarik, tegangan tarik maksimum dan modulus elastis.



Seperti yang jelas dari tabel, serangkaian percobaan masih harus dilakukan untuk menemukan konsentrasi optimal nanotube karbon dan graphene dalam diet ulat sutera, sehingga mereka menghasilkan untaian kekuatan yang lebih besar. Kita melihat bahwa diet dengan konsentrasi SWNT1-S dan GR1-S yang lebih rendah menyebabkan produksi serat dengan sifat yang jauh lebih baik daripada diet dengan konsentrasi SWNT2-S dan GR2-S yang lebih tinggi.

Tidak mengherankan, setelah penambahan graphene dan carbon nanotube, benang sutera menjadi konduktor listrik. Dalam sampel sutra terbaik dengan partikel graphene, konduktivitas listrik cukup tinggi 120 siemens per sentimeter. Sutera semacam itu dapat digunakan dalam elektronik. Lebih mudah untuk menyalakan gadget yang bisa dipakai yang dijahit langsung ke pakaian sutra. Sebenarnya, membuat kain bercahaya cukup sederhana.



Foto-foto dari mikroskop elektron transmisi jelas menunjukkan bahwa serat sutera dengan karbon nanotube (di tengah) dan graphene (di bawah) jauh lebih terstruktur daripada sutra biasa (di atas).

Artikel ilmiah ini diterbitkan pada 13 September 2016 di jurnal Nano Letters (doi: 10.1021 / acs.nanolett.6b03597).

Source: https://habr.com/ru/post/id398343/