Zvláštna mechanika pavúčieho vlákna

|

Vedci vďaka nedávnemu výskumu lepšie chápu pevnosť pavúčieho vlákna. Výskum opísal architektúru vlákien na úrovni atómov a odhalil nové informácie o molekulovej štruktúre, ktorá stojí za výnimočnými mechanickými vlastnosťami prírodného materiálu.

Pavúky produkujú hodváb, ktorý je veľmi pevný a pružný a z ktorého tkajú siete alebo na ňom visia. Podľa odborníkov majú pevnosť porovnateľnú s oceľou, húževnatosť väčšiu než Kevlar a hustotu menšiu ako bavlna alebo nylon. „Pretože hodvábne vlákna prekonávajú v mnohých smeroch svoje umelé náhrady, prebieha množstvo výskumov snažiacich sa o objasnenie ich mechanických vlastností,“ povedala Frauke Gräterová z nemeckého Inštitútu teoretických štúdií v Heidelbergu.

Vedci vedia, že vlákna sa skladajú z dvoch typov stavebných blokov, jemných amorfných a pevných kryštalických. Gräterová chcela so svojimi kolegami lepšie pochopiť mechanické vlastnosti vlákien, preto implementovala viacvrstvových prístup „zdola-nahor“ so začiatkom na úrovni atómov tvoriacich jemné a pevná zložky vlákna. Vedci použili molekulárne simulácie na výskum jednej alebo oboch zložiek a simulácie s konečným počtom prvkov v porovnávacom modeli vlákna.

Vedci zistili, že jemné amorfné zložky zodpovedajú za elasticitu vlákna a pomáhajú rozkladať napätie. Maximálna pevnosť vlákna vyžaduje ale aj špecifické množstvo kryštalických zložiek a závisí od ich pozície vo vlákne. Rôzne rozmiestnenie stavebných jednotiek vlákna znamená rôzne vlastnosti. Gräterová uviedla, že sériové usporiadanie kryštalických a amorfných zložiek v simuláciách prekonalo náhodné aj paralelné usporiadanie častíc.

Zistenia vedcov môžu byť užitočné pri návrhu a výrobe umelých vlákien.

originál článku