سوال مهم و ضایع!راز استحکام ابریشم
دانشمندان راز استحكام نخ ابریشم را كشف كردند و عامل اصلی آن را وجود نانو بلورها اعلام كردند.
دانشمندان در مؤسسه فناوری ماساچوست بعضی از مهترین رازهایی كه توضیح میدهند چرا نخهای ابریشم بسیار مستحكم هستند، را كشف كردهاند. آنها متوجه شدهاند كه عامل كلیدی استحكام نخ ابریشم، وجود نانوبلورهای بتا- صفحهای (beta-sheet) در ساختار آنها است كه با پیوندهای هیدروژنی بهم متصل هستند. نتایج این محققان میتواند منجر به ساخت مواد سنتزی شود كه خواص غیرمعمول نخ ابریشم طبیعی و حتی بهتر از آن را داشته باشند.
این محققان متوجه شده اند كه همكاری پیوندهای هیدروژنی در نخ ابریشم منجر به استحكام بالای آن میشود.
عنكبوتها و كرمهای ابریشم متخصصان برجسته علم مواد هستند و در این زمینه میتوانند الهامبخش دانشمدان باشند. نخهای ابریشم در بین مستحكمترین مواد، قویتر از فولاد بوده و در مقایسه با آن كمتر شكننده هستند.
نخهای ابریشم از پروتئینهایی ساخته شده اند كه بعضی از آنها نانوبلورهای مسطح نازكی معروف به صفحات بتا تشكیل میدهند. این صفحات با پیوندهای هیدروژنی بهم متصل شده اند. این محققان مجموعه ای از شبیه سازیهای رایانه ای سطح اتمی انجام داده و مكانیسمهای شكست مولكولی در نخ ابریشم عنكبوت (تار عنكبوت) را بررسی كردند. آنها میگویند كه این نانوبلورهای مسطح ریز قادر به بازسازی سریع پیوندهای شكست شده خود هستند.
ماركوس بوهلر، یكی از این محققان میگوید: "در بیشتر مواد مهندسی شده (برای مثال سرامیكها)، استحكام بالا همراه با شكنندگی است ". اما در نخ ابریشم كه علیرغم اینكه در آن اجزاء سازنده با پیوندهای ضعیف هیدروژنی (در مقایسه با پیوندهای قوی كوالانسی) بهم متصل هستند، استحكام بالایی دارد؛ چنین مطلبی صادق نیست و این مواد مستحكم شكننده نیستند.
دلیل این خواص این است كه این اجزاء سازنده (نانوبلورهای بتا-صفحهای) در ساختاری مشابه با یك بسته دراز از نان ساجی، مرتب میشوند. این هندسه ویژه از نانوبلورهای نخ ابریشم ریز، این امكان را فراهم میكند كه پیوندهای هیدرژنی به صورت متحد عمل كرده و زنجیرهای مجاور همدیگر را در مقابل نیروهای خارجی تقویت كنند و این منجر به استحكام بالای نخ ابریشم عنكبوت، بدون خاصیت شكنندگی میشود.
یكی دیگر از یافته های جالب این تحقیق این است كه خواص نخ ابریشم شدیداً وابسته به اندازه دقیق این نانوبلورهای بتا- صفحه ای است.
هنگامی كه اندازه این نانوبلورها 3 نانومتر است، این مواد بسیار مستحكم هستند ولی اگر این نانوبلورهای تا پنج نانومتر رشد كنند، این مواد ضعیف و شكننده میشوند.
نتایج این تحقیق در مجله Nature Materials منتشر شده است.
دانشمندان در مؤسسه فناوری ماساچوست بعضی از مهترین رازهایی كه توضیح میدهند چرا نخهای ابریشم بسیار مستحكم هستند، را كشف كردهاند. آنها متوجه شدهاند كه عامل كلیدی استحكام نخ ابریشم، وجود نانوبلورهای بتا- صفحهای (beta-sheet) در ساختار آنها است كه با پیوندهای هیدروژنی بهم متصل هستند. نتایج این محققان میتواند منجر به ساخت مواد سنتزی شود كه خواص غیرمعمول نخ ابریشم طبیعی و حتی بهتر از آن را داشته باشند.
این محققان متوجه شده اند كه همكاری پیوندهای هیدروژنی در نخ ابریشم منجر به استحكام بالای آن میشود.
عنكبوتها و كرمهای ابریشم متخصصان برجسته علم مواد هستند و در این زمینه میتوانند الهامبخش دانشمدان باشند. نخهای ابریشم در بین مستحكمترین مواد، قویتر از فولاد بوده و در مقایسه با آن كمتر شكننده هستند.
نخهای ابریشم از پروتئینهایی ساخته شده اند كه بعضی از آنها نانوبلورهای مسطح نازكی معروف به صفحات بتا تشكیل میدهند. این صفحات با پیوندهای هیدروژنی بهم متصل شده اند. این محققان مجموعه ای از شبیه سازیهای رایانه ای سطح اتمی انجام داده و مكانیسمهای شكست مولكولی در نخ ابریشم عنكبوت (تار عنكبوت) را بررسی كردند. آنها میگویند كه این نانوبلورهای مسطح ریز قادر به بازسازی سریع پیوندهای شكست شده خود هستند.
ماركوس بوهلر، یكی از این محققان میگوید: "در بیشتر مواد مهندسی شده (برای مثال سرامیكها)، استحكام بالا همراه با شكنندگی است ". اما در نخ ابریشم كه علیرغم اینكه در آن اجزاء سازنده با پیوندهای ضعیف هیدروژنی (در مقایسه با پیوندهای قوی كوالانسی) بهم متصل هستند، استحكام بالایی دارد؛ چنین مطلبی صادق نیست و این مواد مستحكم شكننده نیستند.
دلیل این خواص این است كه این اجزاء سازنده (نانوبلورهای بتا-صفحهای) در ساختاری مشابه با یك بسته دراز از نان ساجی، مرتب میشوند. این هندسه ویژه از نانوبلورهای نخ ابریشم ریز، این امكان را فراهم میكند كه پیوندهای هیدرژنی به صورت متحد عمل كرده و زنجیرهای مجاور همدیگر را در مقابل نیروهای خارجی تقویت كنند و این منجر به استحكام بالای نخ ابریشم عنكبوت، بدون خاصیت شكنندگی میشود.
یكی دیگر از یافته های جالب این تحقیق این است كه خواص نخ ابریشم شدیداً وابسته به اندازه دقیق این نانوبلورهای بتا- صفحه ای است.
هنگامی كه اندازه این نانوبلورها 3 نانومتر است، این مواد بسیار مستحكم هستند ولی اگر این نانوبلورهای تا پنج نانومتر رشد كنند، این مواد ضعیف و شكننده میشوند.
نتایج این تحقیق در مجله Nature Materials منتشر شده است.
مژده