蚕吃了石墨烯并制成了导电的丝线

毫不知情的蚕吃掉撒有2％石墨烯悬浮液的桑叶，

蚕是一种相对较大的驯养蝴蝶，中国人至少已有5000年的历史使用它来生产蚕丝（可能是经过几个世纪或几千年的选择）。长期以来，中国是世界垄断者，沿被称为丝绸之路的贸易路线向欧洲供应精美的面料。然后拜占庭人偷走了蚕卵，然后欧洲人感谢十字军东征。

但是，这并不是关于狡猾的中国人的千年经营计划，而是关于独特的材料，它本身就是丝绸。这是天然蛋白质，是自然界中最持久的蛋白质之一。纤维是75％的纤维蛋白和25％的丝胶蛋白。在显微镜下，有两根平行的丝素丝与丝胶蛋白团块状平行排列。除它们之外，蜡还包含脂肪，脂肪以及矿物质。丝线的宽度为32微米，长度可以达到1.5公里。断裂应力约为40 kgf / mm ²。

蚕丝是一种杰出的材料，科学家们已经进行了多次尝试，以改善蚕丝纤维的各种功能性成分，例如油漆，荧光蛋白，抗菌剂，金属/半导体纳米颗粒和导电聚合物。

为了修饰蚕丝纤维，使用了两种主要策略：修饰成品线和在蚕体内生产（消化）过程中对材料进行浓缩。这些技术过程中的第一个是非常复杂的，多阶段的，并且需要使用有毒的试剂。为了比较，最近发明的在蚕体内富集蚕丝的方法是完全环保且相对简单的方法。您只需要在饮食上种植蚕。

来自清华大学化学系和纳米与微力学中心的科学家们提出了一种利用碳纳米管和石墨烯富集丝纤维的新方法。

碳纳米管和石墨烯具有出色的机械特性，被广泛用于高强度材料的生产中。已经进行了多种尝试，通过修饰制成的纱线或在饲料中添加蚕，将碳纳米管添加到蚕丝中。用蜘蛛进行了类似的实验。在先前的实验中，给蚕喂食了直径约30 nm的多壁纳米管。现在，中国科学家从逻辑上建议，对于家蚕的消化系统以及将纤维蛋白引入结构中，不是多阶段的，而是直径约1-2 nm的单阶段的纳米管将是可以接受的。展望未来，他们没有弄错。

除了单级纳米管外，科学家还决定将石墨烯喂给蚕，蚕也是一种潜在的硬化剂。为了给动物喂食材料，科学家使用了一种简单的方法：他们将悬浮液与单阶段的纳米管和石墨烯一起喷洒在蚕食的桑叶上，然后从茧中收集产品。

实验成功。日粮中添加了单级纳米管和石墨烯后，蚕丝的生产性能得到改善。线是从茧中以自然方式获得的，就像普通的丝线一样。

科学家研究了蚕丝纤维和蚕粪的拉曼光谱-并在两种情况下均证实了碳纳米管已掺入蚕丝纤维中。他们还检查了引入碳纳米管后纤维的性能如何变化。


这些插图显示了实验设计，给蚕喂桑叶后的茧照片，桑叶上覆有质量浓度为0.2％和1.0％的纳米管悬浮液以及浓度为0.2％和2.0％的石墨烯悬浮液。显示的是扫描电子显微镜拍摄的每条丝线样品的照片，以及具有丝线伸长率特性的图表，

表中还显示了改进的丝线的其他机械特性：拉伸应力，最大拉伸应力和弹性模量。



从表中可以清楚地看出，为了找到家蚕饮食中碳纳米管和石墨烯的最佳浓度，还有待进行一系列实验，以便它们产生更高强度的链。我们看到，与高浓度的SWNT2-S和GR2-S的饮食相比，低浓度的SWNT1-S和GR1-S的饮食导致生产的纤维具有更好的性能。

毫不奇怪，在添加石墨烯和碳纳米管之后，丝线变成了电导体。在带有石墨烯颗粒的最佳丝绸样品中，电导率非常高，为每厘米120西门子。这种丝可以用于电子产品中。将可缝制的小配件直接缝在丝绸衣服上很方便。实际上，制造发光织物非常简单。



透射电子显微镜的照片清楚地表明，具有碳纳米管（在中间）和石墨烯（在下面）的丝纤维的结构要比普通丝（在上面）好得多。

该科学论文于2016年9月13日发表在《纳米快报》上（doi：10.1021 / acs.nanolett.6b03597）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398343/