MIT mokslininkai, pasisemdami įkvėpimo iš gamtos ir sintetinio pluošto kevlaro, sukūrė savaime susidarančias nano juostas, kurios, jų teigimu, yra tvirtesnės už plieną.
Mokslininkai teigia, kad šiai naujai medžiagai galima rasti įvairiausių panaudojimo būdų, pradedant vandens filtravimu ir baigiant elektroninių prietaisų maitinimu.
Naujai sukurtų molekulių hidrofobinės (mėlynos) ir hidrofilinės (violetinės) sekcijos, kurios savaime susideda į nano juosteles, stipresnes nei plienas
© Peter Allen/MIT
Savaime besiformuojantis nanopluoštas iš dalies yra įkvėptas to, kaip molekulės gali susiburti į membranas ar kitas svarbias gamtos struktūras. Tai atkurti ganėtinai sudėtinga, tačiau mokslininkams pavyko tai padaryti vandenyje, nors anksčiau jiems dėl to kilo problemų.
„Šios medžiagos, kurių pagrindas yra mažos molekulės, paprastai greitai suyra“, – paaiškina Julija Ortony, MIT Medžiagų mokslo ir inžinerijos katedros docentė. „Ir jos taip pat chemiškai nestabilios. Visa konstrukcija subyra, kai pašalini vandenį, ypač kai veikia bet kokia išorinė jėga.“
Per kelerius metus Ortony ir jos komanda išskyrė naują mažų molekulių klasę, kuri, jų manymu, galėjo pašalinti šiuos trūkumus, ir dabar priėmė sprendimą. Šioms molekulėms būdinga išorinė dalis, kuri yra hidrofilinė ir mėgsta sąveikauti su vandeniu, vidinė sekcija yra hidrofobinė ir nemėgsta sąveikos su vandeniu, o viduryje tvirtos kevlaro įkvėptos vandenilio jungtys, leidžiančios joms glaudžiai susijungti su kitomis molekulėmis.
Komanda sugalvojo šį receptą po bandymų ir klaidų, įtraukdama dešimtis molekulių konstrukcijų, tačiau nustatė, kad šis receptas dabar tinka jų priemonėms. Taip yra todėl, kad subtilus hidrofobinių ir hidrofilinių segmentų mišinys, kartu su tankiu vandenilio ryšių tinklu, sukelia atskirų molekulių judėjimą vandenyje teisingu būdu, nes kai kurias dalis traukia skystis, o kitas atstumia, nors ir visos gana stipriai glaudžiasi viena prie kitos.
Įpylus vandens, molekulės jungiasi į ilgas, vos nanometro storio juostas, kurios yra stipresnės už plieną. Tada jos ištempiamos į ilgus siūlus, kuriuos galima išdžiovinti ir tvarkyti. Komanda nustatė, kad jie gali išlaikyti 200 kartų už save didesnį svorį. Medžiaga taip pat gali pasigirti neįtikėtinai dideliu paviršiaus plotu – 200 kvadratinių metrų sudaro gramą medžiagos.
Viena iš sričių, kur šios medžiagos, turinčios didelį paviršiaus plotą, turi daug galimybių, yra vandens valymas. MIT komanda ištyrė šias galimybes uždengdama tam tikrų molekulių juostas ir panaudojo jas iš užteršto vandens ištraukti sunkiuosius metalus, tokius kaip švinas ir arsenas. Mokslininkai taip pat tiria, kaip nano juostos gali būti pažangių elektroninių prietaisų ir baterijų dalis, nors jie pažymi, kad tai dar ankstyva tyrimų fazė.
„Mums buvo malonu pamatyti, kad mūsų molekulinės struktūros modifikacijas iš tiesų sustiprino kolektyvinis molekulių elgesys, sukurdamas nanostruktūras, turinčias ypač tvirtas mechanines savybes“, – sako Ortony.
Tyrimas paskelbtas žurnale „Nature Nanotechnology“.
