Phương pháp mới tăng độ bền chắc cho tơ nhện

0
3682

Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Anh và Ý do GS. Nicola Pugno, trường Đại học Trento, Ý dẫn đầu đã sản xuất thành công loại tơ nhện nhân tạo có độ bền gấp 3 lần và độ cứng gấp 10 lần so với vật liệu thông thường bằng phương pháp kết hợp sử dụng các ống nano cacbon và graphene cùng với tơ của nhiều loài nhện khác nhau. Phát hiện mới được công bố trên tạp chí Vật liệu 2D và được xem là tia hy vọng mở đường cho khả năng phát triển các loại vật liệu compozit sinh học mới với nhiều ứng dụng riêng biệt.

  1. Pugno cho biết: “Tơ tằm đã được sử dụng rộng rãi hàng ngàn năm qua, tuy nhiên, thời gian gần đây, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu tơ nhện vì nó có nhiều tính chất cơ học đặc biệt và được xem là một vật liệu triển vọng cho tương lai. Ngoài ra, tơ nhện là một trong những sợi polymer tốt nhất trên thế giới với độ bền kéo và độ đàn hồi ưu việt, ngay cả khi so sánh với sợi tổng hợp Kevlar”.

Chúng ta đều biết rằng hỗn hợp muối khoáng sinh học trong protein và các mô cứng của côn trùng giúp tăng độ chắc khỏe và độ cứng của xương quai hàm và hàm răng của chúng. Vì vậy, chúng tôi quyết định nghiên cứu các biện pháp cải thiện các đặc tính của tơ nhện bằng cách kết hợp các loại vật liệu nano khác nhau vào cấu trúc sinh học protein của tơ tằm”.

Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phun dung dịch lỏng có chứa các ống nano cacbon hoặc tinh thể graphene lên các cá thể nhện thuộc ba loài khác nhau. Sau đó, các chuyên gia thu thập tơ và thực hiện kiểm tra độ bền kéo cũng như độ đàn hồi của tơ nhện.

  1. Pugno chia sẻ: “Chúng tôi phát hiện ra rằng độ bền kéo tối đa chống đứt gãy của sợi tơ nhện nhân tạo đạt tới 5,4 gigapascals (GPa) và độ đàn hồi đạt trị số 1,570 joules/gram (J/g) so với độ bền kéo và độ cứng của tơ nhện thông thường là 1,5 GPa và khoảng 150 J/g. Giá trị này được đánh giá là cao nhất về độ bền chắc từ trước tới nay, tương đương với độ bền của siêu vật liệu sợi carbon hoặc răng của loài limpet (sên biển). Tuy nghiên cứu của chúng tôi vẫn đang trong giai đoạn đầu nhưng đây cũng là một minh chứng cho khả năng khai thác tơ nhện tự nhiên hiệu quả trong tương lai để sản xuất sợi tơ sinh học được gia cố và hướng đến cải thiện một trong những vật liệu triển vọng nhất. Do có độ bền chắc cao và khả năng chịu sức căng nên loại tơ nhện mới có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như sản xuất dù. Bên cạnh đó, quy trình kết hợp gia cố tự nhiên trong các vật liệu cấu trúc sinh học cũng có thể được áp dụng trên các động vật khác ngoài nhện”.

P.K.L (NASATI), Theo https://phys.org/news/2017-08-nanomaterials-spiders-toughest.html, 14/8/2017