Su descubrimiento inicial parecía una contradicción porque la mayoría de las otras fibras poliméricas se fragilizan en el frío. Pero después de muchos años de trabajar en el problema, el grupo de investigadores descubrió que la resistencia criogénica de la seda se basa en sus fibrillas de nanoescala.El orden y la jerarquía microscópicos permiten que una seda resista temperaturas de hasta -200 o C. Y posiblemente incluso más bajo, lo que haría que estas fibras clásicas de lujo natural sean ideales para aplicaciones en las profundidades del espacio exterior frío.
El equipo interdisciplinario examinó el comportamiento y la función de varias sedas de animales enfriadas a una temperatura de nitrógeno líquido de -196 o C. Las fibras incluían sedas de araña, pero el estudio se centró en las fibras más gruesas y mucho más comerciales del gusano de seda salvaje Antheraea pernyi .
En un artículo publicado hoy en Fronteras de Química de Materiales , el equipo pudo mostrar no solo "eso" sino también "cómo" la seda aumenta su tenacidad en condiciones donde la mayoría de los materiales se volverían muy frágiles. De hecho, la seda parece contradecir la comprensión fundamental de la ciencia de los polímeros al no perder sino ganarcalidad en condiciones realmente frías al volverse más fuerte y más elástico. Este estudio examina el "cómo" y explica el "por qué". Resulta que los procesos subyacentes dependen de las muchas fibrillas de tamaño nanométrico que forman el núcleo de una sedafibra.
De acuerdo con la teoría tradicional de los polímeros, el estudio afirma que las fibrillas individuales se vuelven más rígidas a medida que se enfrían. La novedad y la importancia del estudio radica en la conclusión de que este endurecimiento conduce a una mayor fricción entre las fribrillas. Esta fricción enA su vez, aumenta el desvío de la energía de las grietas y al mismo tiempo resiste el deslizamiento de las fibrillas. El cambio de temperatura también modularía la atracción entre las moléculas de proteínas de seda individuales, lo que a su vez afectaría las propiedades del núcleo de cada fibrilla, que está formada por muchos miles de moléculas.
Es importante destacar que la investigación puede describir el proceso de endurecimiento en los niveles de micron y nanoescala. El equipo concluye que cualquier grieta que rasgue el material se desvía cada vez que golpea una nanofibrilla forzándolo a perder cada vez másenergía en los muchos desvíos que tiene que negociar. Y, por lo tanto, una fibra de seda solo se rompe cuando los cientos o miles de nanofibrillas se han estirado y luego se han deslizado y luego todas se han roto individualmente.
El descubrimiento está superando los límites porque estudió un material en el área conceptualmente difícil y tecnológicamente desafiante que no solo abarca micrones y nanoescalas, sino que también debe estudiarse a temperaturas muy por debajo de cualquier congelador. El tamaño de las escalas estudiadasvan desde el tamaño de micras de la fibra hasta el tamaño submicrométrico de un haz de filamentos hasta la nanoescala de las fibrillas y, por último, pero no menos importante, hasta el nivel de estructuras supramoleculares y moléculas individuales.aplicaciones futuristas vale la pena recordar que la seda no solo es 100% fibra biológica sino también un producto agrícola con milenios de I + D.
Parece que este estudio tiene implicaciones de largo alcance al sugerir un amplio espectro de aplicaciones novedosas para sedas que van desde nuevos materiales para su uso en las regiones polares de la Tierra hasta nuevos compuestos para aviones ligeros y cometas que vuelan en el estrato y meso-esfera a, quizás, incluso redes gigantes tejidas por arañas robot para atrapar basura astro en el espacio.
El profesor Fritz Vollrath, del Departamento de Zoología de la Universidad de Oxford, dijo: 'Prevemos que este estudio conducirá al diseño y la fabricación de nuevas familias de filamentos estructurales y compuestos resistentes utilizando filamentos inspirados en seda y naturales para aplicaciones en frío extremocondiciones como el espacio '.
El profesor Zhengzhong Shao, del Departamento de Ciencia Macromolecular de la Universidad de Fudan de Shanghái, dijo: `` Concluimos que la excepcional resistencia mecánica de la fibra de seda a temperaturas criogénicas se deriva de su morfología nanofibrilar altamente independiente y extensible alineada y orientada, relativamente independiente y extensible ''.
El Dr. Juan Guan, de la Universidad de Beihang, en Beijing, dijo: 'Este estudio proporciona nuevas ideas sobre nuestra comprensión de las relaciones estructura-propiedad de los materiales naturales de alto rendimiento que esperamos conduzcan a la fabricación de polímeros y compuestos hechos por el hombre por poco dinero.aplicaciones de temperatura y alto impacto. '
Y el Dr. Chris Holland, de la Universidad de Sheffield, líder de un Consorcio de Investigación a nivel europeo sobre biofibras novedosas y sostenibles basadas en ideas sobre hilatura de seda natural, dijo: 'Las sedas naturales continúan demostrando ser materiales estándar de oro para la producción de fibra.El trabajo aquí identifica que no es solo la química, sino cómo se hilan las sedas y, en consecuencia, cómo se estructuran, ese es el secreto de su éxito ''.
Los próximos pasos de la investigación probarán aún más las increíbles propiedades. Una empresa spin-out, Spintex Ltd, de la Universidad de Oxford, financiada en parte por una subvención de la UE H2020, está explorando proteínas de seda giratorias a la manera de la araña y se centra en copiar el sub-micron estructuras de fibrillas agrupadas.
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Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Oxford . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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