Всім відомо, що павутина - це диво-матеріал, унікальний за своєю природою. З року в рік вчені вивчають дивовижні властивості цього шедевра природи, роблячи все нові відкриття. Нещодавно стало відомо, що шовк павука поділяє деякі корисні властивості з напівпровідниками, за винятком того, що замість маніпуляції електронами він може використовуватися для управління тепловими і звуковими хвилями.
Згідно з новою статтею, опублікованою в Nature Materials, павутина може блокувати певні квазічастинки звуку (так звані «фонони») залежно від їх частоти, точно так само, як напівпровідники блокують деякі електрони. "Павутина не дозволяє поширюватися певному діапазону частот. Якщо ви передаєте звук на цій частоті, то матеріал поглине його ", пояснює співавтор статті Едвін Томас з Університету Вільяма Маршала Райса (Х'юстон, США).
Ширина забороненої зони - діапазон значень енергії, якими не може володіти електрон в ідеальному кристалі. Знаючи його, фізики можуть ефективно «налаштувати» матеріал, коли мова йде про його здатність пропускати фотони світла. Аналогічно фотонним кристалам працюють і фононні (з поправкою на те, що мова тут йде про звукові хвилі), але це дослідження вчених - перший випадок виявлення забороненої зони в подібному матеріалі.
Так виглядає мікроструктура павутини і її здатність поглинати звукові хвилі
Павутина міцна як сталь і еластична як гума, якщо порівнювати матеріали за вагою. Саме тому вона надихнула вчених на створення безлічі синтетичних матеріалів, таких як кевлар і нейлон, які знайшли широке застосування в повсякденному житті. Крім того, павутина має антибактеріальні властивості. Все це виникає завдяки складній кристалічній структурі матеріалу. У ній є жорсткі елементи, що підтримують форму волокна, і м'які області, які надають йому еластичність. Два білки, багаті на аланін, пронизують жоврідну полімерну структуру, тоді як інша амінокислота, гліцин, становить 70% решти матеріалу. Така різниця між жорстко впорядкованими і безформними компонентами і надає павутині міцність і гнучкість.
Коли Томас і його команда досліджували мікроструктуру павутини, то виявили, що розтягнення і розслаблення м'яких компонентів волокна змінює його акустичні властивості. Контролювати положення забороненої зони можна за допомогою простого розтягнення ниток матеріалу. Маніпуляції високочастотним звуком також викликають тепловий ефект, тому павутину можна використовувати і для теплоізоляції. Якщо вчені зможуть відтворити мікроструктуру павучого шовку в лабораторних умовах і вдосконалити її, то, можливо, нас очікує поява нових, унікальних синтетичних матеріалів.
