Павучий шовк настільки міцний, що може зупинити літак (фото)

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, що 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 міг би зупинити реактивний лайнер прямо в середині польоту. Звісно, ​​навряд чи це сподобалося б пасажирам. Коли вітер чи легкий бриз підхоплює міцний драглайн павука, він ловить повітря і 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.

Неламкі матеріали можуть зазнати великої напруги, перш ніж їх вдасться деформувати, а міцні матеріали можуть поглинати багато енергії. Наприклад, скло жорстке, але не міцне. Коли справа доходить до комерційних матеріалів, доводиться йти на компроміс — із високою міцністю приходить нижча ударна в'язкість, і навпаки. Той факт, що еластомер має обидві ці властивості, робить його ще крутішим! Є й інші надзвичайно тверді матеріали, які були нещодавно відкриті або винайдені. Наприклад, з'явився новий тип скла, яке твердіше за алмази. Діамант - це найтвердіший з усіх природних матеріалів. Але тепер вчені створили новий тип вуглецю, що вони назвали AM-III. Це найміцніший аморфний матеріал у світі, тобто він не має кристалічної структури, як гума, скло, віск та пластмаси.

Алмази такі міцні та довговічні завдяки своїй правильній структурі. Думаєте, цей новий і міцніший матеріал теж має структуру як у алмазу? Насправді він більше нагадує скло. Деякі люди вважають, що скло – це рідина. Це не так, але його не можна віднести і до твердих матеріалів. Це своєрідний аморфний матеріал. Його молекули негаразд дезорганизованы, як у рідини, але де вони перебувають у строгому порядку, як і твердому тілі. AM-III добре проводить електрику. Це означає, що його можна було б використовувати для отримання, скажімо, сонячної енергії. Цей матеріал нагоді б для куленепробивних вікон, які в сто разів міцніше, ніж сучасні технології.

Масове виробництво цього матеріалу, безумовно, буде дорогим, до того ж доведеться ще провести багато тестів. Однак це нове скло з жовтим відтінком ми безперечно будемо часто бачити в майбутньому. Наступний мінерал – вюртцитний нітрид бору. Він твердіший за алмаз на вісімнадцять відсотків, що чимало, і в той же час він аморфний. Він зустрічається дуже рідко, тому що утворюється лише під час виверження вулкана! А ще є лонсдейліт. Допустимо, у нас є метеорит, повний вуглецю, який також містить трохи графіту. Він проходить через атмосферу Землі та стикається з нашою планетою. Ви, мабуть, думаєте, що метеорит буде гарячим. Насправді розігріваються лише його зовнішні шари, а внутрішня частина залишається прохолодною протягом більшої частини його подорожі до нашої планети.

Коли цей метеорит падає на поверхню Землі, тиск у його надрах стає неймовірно великим. Це сильніше, ніж будь-який інший природний процес, який може вплинути на форму графіту чи будь-якого іншого матеріалу. Наприклад, якщо його стиснути або спробувати надати йому потрібну форму за допомогою будь-якої технології, це не буде рівним силі, яка була б еквівалентна тиску під час цього удару. Через це графіт у метеориті стискається, отримує кристалічну структуру і стає на п'ятдесят вісім відсотків твердішим за алмаз! Зараз графіт, який твердіший за алмаз, — лише наукова теорія. Вчені давно вивчають зразки графіту та його форми. Але поки що в цих матеріалах міститься багато інших елементів, які роблять цей матеріал м'якшим, ніж алмази. Але якби до нас прилетів особливий метеорит із чистого графіту і вдарився об поверхню,

А як щодо тканини Дайнема? Це найміцніше волокно у світі в п'ятнадцять разів міцніше за сталі. А ще воно на сорок відсотків міцніше за арамідні волокна — наприклад, кевлара. Тканина Дайнема легша за воду, але вона відмінно підходить для канатів і буксирних тросів для судноплавства, рибальських мереж та захисних рукавичок для металообробки. Це називається склом з мікросплаву паладію. Як ми вже говорили раніше, всі матеріали мають дві дуже важливі особливості. Перший із них — сила. Це те, яку силу може витримати матеріал, як його вдасться деформувати. Друга – це міцність. Це означає, скільки потрібно енергії, щоб зламати його. Кераміка тверда, але не дуже міцна. Еластичні матеріали на зразок гуми можуть утримувати багато енергії, але її легко деформувати. І вони не міцні.

Понад десять років дослідники створювали нове скло з комбінацією п'яти елементів, яке стало більш міцним матеріалом, ніж усі види стали. Це скло швидше деформується, ніж розіб'ється. Насправді це найтвердіший матеріал, який не містить вуглецю. Отже, знайомтеся - бакіпейпер! Наприкінці ХХ століття було знайдено особлива форма вуглецю, знову ж таки твердіше алмазів. Це вуглецеві нанотрубки. Якщо зв'язати вуглець у форму, відмінну від алмазної, то вийде структура, набагато стабільніша, ніж будь-яка інша, про яку ми знаємо. При з'єднанні цих вуглецевих нанотрубок виходить цей самий бакіпейпер - неймовірно міцний, але в той же час дуже тонкий лист. Він практично нічого не важить, але в той же час у сотні разів міцніше стали.