Павуковий шовк настільки міцний, що може зупинити літак

Якщо вдуматись, то павуки — одні з перших справжніх інженерів природи. Вони роблять найміцніші нитки, які тільки можна знайти на нашій планеті. Шовк, який павуки використовують для плетіння павутиння, міцніше за сталі. Вони використовують його, щоб звисати зі стелі в наших будинках і переслідувати нас у кошмарах. Їхній шовк дуже еластичний. Якщо врахувати його еластичність і кількість сили, яку потрібно докласти, щоб його розірвати, це поєднання показує, що шовк втричі міцніше, ніж кевлар.

Кевлар – це синтетичний матеріал, який використовується для виготовлення шин та інших гумових виробів – захисних рукавичок або вогнетривких бар'єрів. Його використовують і для спортивного спорядження. Наприклад, у виробництві кросівок, що допомагає максимально збільшити вироблення енергії. Завдяки кевлару взуття стає стійким до пошкоджень та легшим. Він надзвичайно міцний — у п'ять разів міцніший за сталь, і дуже легкий. Шовк драглайна – це особливо міцний вид павукового шовку. Драглайн поєднує павука з його павутинням. Це як страховка на випадок падіння, і вона має бути дуже міцною, щоб витримувати вагу павука. Кожна нитка складається із білкових молекул. Пасмо павукового шовку в тисячу разів тонше, ніж людське волосся! Ось чому її можна легко розірвати, навіть попри міцність. Але кожна нитка міцніше стали. Потрібно просто взяти сталь такої ж товщини,

Вчені вважають, що якби ми могли виготовити шовк драглайна завтовшки з олівцем і завдовжки тридцять кілометрів, то вийшов би матеріал такої міцності, що він міг би зупинити реактивний лайнер у середині польоту. Звісно, ​​навряд чи це сподобалося б пасажирам. Коли вітер чи легкий бриз підхоплює міцний драглайн павука, він ловить повітря та перетворюється на свого роду відкритий парашут. І для павука починається пригода – його драглайн згинається та розтягується. Таким чином, павук може відлетіти дуже далеко, на багато сотень кілометрів. Міцність павукового шовку надихнула дослідників створення нового матеріалу під назвою еластомер. Цей матеріал має структуру, подібну до павутини, що робить його міцним і дозволяє рівномірно розподіляти навантаження. Як і павучий шовк, він винятково міцний і неламкий.

Неломкие материалы могут подвергнуться большому напряжению, прежде чем их удастся деформировать, а прочные материалы могут поглощать много энергии. Например, стекло жесткое, но не прочное. Когда дело доходит до коммерческих материалов, приходится идти на компромисс — с высокой прочностью приходит более низкая ударная вязкость, и наоборот. Тот факт, что эластомер обладает обоими этими свойствами, делает его еще круче! Есть и другие чрезвычайно твердые материалы, которые были открыты или изобретены недавно. Например, появился новый тип стекла, которое тверже алмазов. Алмаз — это самый твердый из всех природных материалов. Но теперь ученые создали новый тип углерода, который они назвали AM-III. Это самый прочный аморфный материал в мире, то есть он не имеет кристаллической структуры, как резина, стекло, воск и пластмассы.

Алмазы такие прочные и долговечные благодаря своей правильной структуре. Думаете, этот новый и более прочный материал тоже имеет структуру как у алмаза? На самом деле он больше похож на стекло. Некоторые люди считают, что стекло — это жидкость. Это не так, но его нельзя отнести и к твердым материалам. Это своеобразный аморфный материал. Его молекулы не так дезорганизованы, как в жидкости, но они и не находятся в строгом порядке, как в твердом теле. AM-III хорошо проводит электричество. Это значит, что его можно было бы использовать для получения, скажем, солнечной энергии. Этот материал пригодился бы для пуленепробиваемых окон, которые в сто раз прочнее, чем современные технологии.

Массовое производство этого материала, безусловно, будет дорогостоящим, к тому же придется провести еще много тестов. Однако это новое стекло с желтым оттенком мы определенно будем часто видеть в будущем. Следующий минерал — вюртцитный нитрид бора. Он тверже алмаза на восемнадцать процентов, что немало, и в то же время он аморфен. Он встречается крайне редко, потому что образуется только во время извержения вулкана! А еще есть лонсдейлит. Допустим, у нас есть метеорит, полный углерода, который также содержит немного графита. Он проходит через атмосферу Земли и сталкивается с нашей планетой. Вы, наверное, думаете, что метеорит будет горячим. На самом деле разогреваются только его внешние слои, а внутренняя часть остается прохладной на протяжении большей части его путешествия к нашей планете.

Когда этот метеорит падает на поверхность Земли, давление в его недрах становится невероятно большим. Это сильнее, чем любой другой естественный процесс, который может повлиять на форму графита или какого-либо другого материала. Например, если его сжать или попытаться придать ему нужную форму с помощью любой технологии, это не будет равно силе, которая была бы эквивалентна давлению во время этого удара. Из-за этого графит в метеорите сжимается, получает кристаллическую структуру и становится на пятьдесят восемь процентов тверже алмаза! На данный момент графит, который тверже алмаза, — лишь научная теория. Ученые давно изучают образцы графита и его формы. Но пока в этих материалах содержится много других элементов, которые делают этот материал мягче, чем алмазы. Но если бы к нам прилетел особый метеорит из чистого графита и ударился о поверхность, то это, без всякого сомнения, создало бы материал тверже любого алмаза, который мы когда-либо находили.

А как насчет ткани Дайнема? Это самое прочное волокно в мире в пятнадцать раз прочнее стали. А еще оно на сорок процентов прочнее арамидных волокон — например, кевлара. Ткань Дайнема легче воды, но она отлично подходит для канатов и буксирных тросов для судоходства, рыболовных сетей и защитных перчаток для металлообработки. Это называется стеклом из микросплава палладия. Как мы уже говорили ранее, у всех материалов есть две очень важные особенности. Первый из них — сила. Это то, какую силу может выдержать материал, прежде чем его удастся деформировать. Вторая — это прочность. Это означает, сколько требуется энергии, чтобы его сломать. Керамика жесткая, но не очень прочная. Эластичные материалы вроде резины могут удерживать много энергии, но ее легко деформировать. И они не прочные.

Более десяти лет исследователи создавали новое стекло с комбинацией пяти элементов, которое в итоге стало более прочным материалом, чем все виды стали. Это стекло скорее деформируется, чем разобьется. На самом деле это самый твердый материал, который не содержит углерода. Итак, знакомьтесь — бакипейпер! В конце двадцатого века была найдена особая форма углерода, опять-таки тверже алмазов. Это углеродные нанотрубки. Если связать углерод в форму, отличную от алмазной, то получится структура, намного более стабильная, чем любая другая, о которой мы знаем. При соединении этих углеродных нанотрубкок получается этот самый бакипейпер — невероятно прочный, но в то же время очень тонкий лист. Он практически ничего не весит, но в то же время в сотни раз прочнее стали.