Bichos-da-seda comiam grafeno e faziam um fio de seda que conduz eletricidade

Bichos-da-seda inocentes comem folhas de amoreira polvilhadas com uma suspensão de grafeno de 2%

O bicho-da-seda é uma borboleta domesticada relativamente grande que os chineses usam há pelo menos 5000 anos para produzir seda (provavelmente após vários séculos ou milênios de seleção). Durante muito tempo, a China foi monopolista mundial, fornecendo belos tecidos para a Europa ao longo da rota comercial, chamada Rota da Seda. Então os bizantinos roubaram ovos de bicho da seda e os europeus os pegaram graças às cruzadas.

No entanto, aqui não se trata dos chineses astutos com seus planos de negócios de mil anos, mas do material exclusivo, que é a seda em si.Esta é uma proteína natural, uma das mais duráveis ​​da natureza. A fibra é 75% de fibroína e 25% de sericina. Sob o microscópio, são notáveis ​​dois filamentos paralelos de fibroína com ataques irregulares de sericina. Além deles, a cera contém gorduras e gorduras, além de minerais. A largura do fio de seda é de 32 mícrons, o comprimento pode chegar a 1,5 km. Tensão de ruptura de cerca de 40 kgf / mm ² .

A seda é um material excelente e os cientistas fizeram repetidas tentativas para melhorar a fibra de seda com vários componentes funcionais, como tintas, proteínas fluorescentes, agentes antimicrobianos, nanopartículas de metal / semicondutor e polímeros eletricamente condutores.

Para a modificação da fibra de seda, duas estratégias principais são utilizadas: modificação do fio acabado e enriquecimento do material durante sua produção (digestão) no interior do bicho-da-seda. O primeiro desses processos tecnológicos é bastante complexo, em várias etapas e requer o uso de reagentes tóxicos. Para comparação, o método recentemente inventado de enriquecer a seda dentro do bicho da seda é um processo completamente ecológico e relativamente simples. Você só precisa plantar bichos da seda em uma dieta.

Cientistas da Faculdade de Química e do Centro de Nano e Micromecânica da Universidade de Tsinghua (Pequim) propuseram um novo método de enriquecimento de fibra de seda usando nanotubos de carbono e grafeno.

Nanotubos de carbono e grafeno têm excelentes características mecânicas e são amplamente utilizados na produção de materiais de alta resistência. Houve várias tentativas de adicionar nanotubos de carbono à seda, modificando o fio acabado ou adicionando bichos-da-seda à dieta. Experiências semelhantes foram realizadas com aranhas. Em um experimento anterior, os bichos-da-seda foram alimentados com nanotubos de paredes múltiplas com um diâmetro de cerca de 30 nm . Agora, os cientistas chineses sugeriram logicamente que, para o sistema digestivo dos bichos-da-seda e a introdução de fibroína na estrutura, não os estágios múltiplos, mas os nanotubos de estágio único com um diâmetro de cerca de 1-2 nm seriam muito mais aceitáveis. Olhando para o futuro, eles não estavam enganados.

Além dos nanotubos de estágio único, os cientistas decidiram alimentar o grafeno com os bichos-da-seda, também um potencial endurecedor. Para alimentar os animais, os cientistas usaram um método simples: pulverizaram uma suspensão com nanotubos de estágio único e grafeno nas folhas de amoreira nas quais os bichos-da-seda se alimentam - e depois coletaram o produto de um casulo.

O experimento foi bem sucedido. A dieta dos bichos-da-seda com a adição de nanotubos de estágio único e grafeno levou à produção de fios de seda com propriedades aprimoradas. O fio é obtido de forma natural a partir de um casulo, como um fio de seda comum.

Os cientistas estudaram os espectros Raman de fibra de seda e excremento de bicho da seda - e em ambos os casos confirmaram a incorporação de nanotubos de carbono na fibra de seda. Eles também verificaram como as propriedades da fibra mudaram após a introdução de nanotubos de carbono.


As ilustrações mostram o desenho experimental, fotografias de casulos obtidos após a alimentação de bichos-da-seda com folhas de amoreira revestidas com uma suspensão de nanotubos com uma concentração de massa de 0,2% e 1,0% e uma suspensão de grafeno com uma concentração de 0,2% e 2,0%. São mostradas fotografias de um microscópio eletrônico de varredura para cada amostra de filamento de seda e um diagrama com as características de alongamento do filamento.

Outras características mecânicas das fibras de seda aprimoradas são mostradas na tabela: tensão de tração, tensão de tração máxima e módulo de elasticidade.



Como está claro na tabela, uma série de experimentos ainda precisa ser realizada para encontrar a concentração ideal de nanotubos de carbono e grafeno na dieta dos bichos-da-seda, para que eles produzam fios com maior resistência. Vimos que uma dieta com menor concentração de SWNT1-S e GR1-S levou à produção de fibras com propriedades muito melhores do que uma dieta com maior concentração de SWNT2-S e GR2-S.

Não é de surpreender que, após a adição de grafeno e nanotubos de carbono, o fio de seda tenha se tornado um condutor de eletricidade. Na melhor amostra de seda com partículas de grafeno, a condutividade elétrica foi bastante alta: 120 siemens por centímetro. Essa seda pode ser usada em eletrônicos. É conveniente usar gadgets vestíveis costurados diretamente em roupas de seda. Na verdade, fazer um tecido luminoso é bastante simples.



Fotografias de um microscópio eletrônico de transmissão mostram claramente que as fibras de seda com nanotubos de carbono (no meio) e grafeno (abaixo) são muito melhor estruturadas que a seda comum (acima).

O artigo científico foi publicado em 13 de setembro de 2016 na revista Nano Letters (doi: 10.1021 / acs.nanolett.6b03597).

Source: https://habr.com/ru/post/pt398343/