Úvod
Věda
Planeta země
Historie
Zajímavosti
Lifestyle
Záhady a napětí
Jak zkřížit pavouka s uhlíkem?

Pavoučí vlákna a uhlíkové nanotrubičky vynikají řadou až neuvěřitelných fyzikálních vlastností, a stávají se proto v dlouhé řadě technologických odvětví stále oblíbenějšími materiály.

Američtí inženýři se svými spolupracovníky ze Španělska a Iráku však nedávno zašli ještě dále. Pokusili se oba materiály spojit, a vytvořit tak supermateriál, který se nabízí pro mnohostranné využití v moderní elektronice.

Pavoukům, nebo alespoň jejich drtivé většině, nadělila příroda nesmírně užitečnou a v přírodě nepříliš obvyklou schopnost.

K nejrůznějším účelům, k nimž vedle chytání kořisti patří například vystýlání hnízda, obalovaní vajíček a spermií, cestování či vábení protějšků, umí jejich snovací bradavky produkovat směs proteinů a dalších látek, které na vzduchu tuhnou v látku zvanou pavoučí hedvábí.

Vědci vedení Američanem Edenem Stevenem nedávno představili unikátní způsob, jak udělat pavoučí hedvábí nejen pevnější, ale také vodivé pro elektrický proud.

10x pevnější než kevlar

Každý jistě někdy viděl pavučinu, jak obalená kapkami rosy svítí v letním ranním slunci. Taková scenérie je jistě úchvatná a potěší srdce každého milovníka přírody.

Bude-li však navíc vybaven alespoň troškou přírodovědecké myšlení, začne mu rychle vrtat hlavou, jak je možné, že tenoučké a jemné pavoučí vlákno takovou zátěž, jakou představuje vysrážená voda, vlastně udrží.

Ranní rosa pochopitelně není jediným testem pevnosti použitého materiálu. Chycená moucha či můra pochopitelně prověří lepkavou past ještě podstatně důkladněji.

Každé vlákno pochopitelně není stejně pevné. Rekordmanem v pevnosti jsou sítě teprve v roce 2009 objeveného madagaskarského křižáka Darwinova (Caerostris darwini).

Jeho lapací zařízení mohou mít celkovou plochu až 3 m2, přičemž délka kotvících vláken může dosahovat až 25 metrů! K takovému úkolu je pochopitelně zapotřebí nesmírné pevnosti.

Vlákna tohoto druhu jsou 10x odolnější proti mechanickému namáhání, než jeden z vůbec nejpevnějších plastů, využívaný např. jako materiál pro neprůstřelné vesty či karosérie vozů formule 1 – kevlar.

I příroda má své nedostatky…

Vraťme se však k představě pavoučí sítě, obalené kapkami rosy. Vlákna, která jsou vodou zatížená, se pod její tíhou pochopitelně prohnou. Prohnou – ale nepřetrhnou. A to je důležité! Může za to pochopitelně jejich neuvěřitelná pružnost, ale i něco navíc.

Vlákna totiž reagují na přítomnost vody tak, že změknou. To je v přírodě pochopitelně nesmírně výhodné. Při vyschnutí sice vlákno opět ztuhne, proměna jeho délky je však již nevratná.

Pro využití tohoto materiálu v lidských technologiích je však taková změna přinejmenším nevítaná.

Další z vlastností, kterou by bylo vhodné vylepšit, je elektrická vodivost. Běžné vlákno je pochopitelně zcela nevodivé. Aby bylo možné aplikovat pavoučí hedvábí v elektronice, musí se tato vlastnost změnit.

Díky takovému vylepšení pavoučího hedvábí by mohla totiž současná elektronika poskočit o další vývojový stupeň kupředu. Na jednu stranu bychom měli k dispozici lehký, pevný a vodivý materiál, na stranu druhou by bylo ušetřeno životní prostředí.

Pavoučí hedvábí se totiž v přírodě bez větších problémů rozloží, a odpadly by tudíž potíže s nežádoucím odpadem.

Námluvy s uhlíkem

Pro lidský důvtip tedy zůstal úkol, jak všechny kýžené vlastnosti spojit do jedné. Za tímto účelem vznikl právě mezinárodní vědecký projekt vedený Edenem Stevenem z univerzity ze Státní floridské univerzity v Tallahassee.

Vědci se rozhodli, že se pokusí spojit vlastnosti pavoučího vlákna s dalším z materiálů, který mají současní inženýři ve velké oblibě – s uhlíkovými nanotrubičkami.

Takové trubičky si můžeme představit jako prakticky dvourozměrný list, vytvořený z uhlíkových atomů, stočený do podoby trubičky o průměru jedné miliardtiny metru (tedy zhruba do stejného průměru, jaký má vlákno DNA).

V tomto uspořádání má uhlík vlastnosti, které u něj jinak nenajdeme. Je např. prakticky 100x pevnější než ocel a také vede elektrický proud. Zkřížit s ním pavoučí vlákna se tedy jeví jako úžasná myšlenka. Takové myšlenky se však většinou dosti špatně realizují.

Stačí kapka vody…

Pro začátek si Eden Steven musel vytvořit dostatečnou zásobu pavoučího vlákna. Nevyužil ta nejsilnější známá vlákna (od již zmíněného madagaskarského křižáka), ale od druhu, který je pro tento účel velmi oblíben, americké nefily kyjonohé (Nephila clavipes).

Poté se však musel vyrovnat s úkolem, jak dostat trubičky na vlákno. Kupodivu stačil poměrně jednoduchý postup: prášek z uhlíkových nanotrubiček elektricky polarizoval. Díky opačnému náboji pak „přiskočily“ na vlákno samy. Ale jak zařídit, aby zůstaly k vláknu připevněny napevno?

Steven se svými spolupracovníky využil další vlastnosti pavoučího vlákna, totiž schopnosti reagovat na přítomnost vody změnou svého tvaru. Kupodivu stačilo několik kapek a oba materiály poměrně snadno zfúzovaly.

Posledník krokem k vytvoření nové materiálu bylo jeho slisování mezi dvěma pláty teflonu.

Materiál pro supermana

Svým úspěchem byli vědci velmi překvapení.

„Původně jsme zkoušeli využít běžné metody, které využívají řady chemikálií a vysokotlaké stlačování,“ popisuje počátky cesty k novému materiálu Eden Steven. Nakonec však byli vědci překvapení, jak byla cesta k cíli snadná. Výsledek byl navíc velmi kvalitní, potažení vlákna bylo totiž velmi komplexní.

Vzniklý materiál předčí své dílčí komponenty prakticky v každém ohledu. Nejenže je elektricky vodivý, ale je také 3x pevnější, než původní vlákno. Elektrická vodivost se navíc udržuje i v situaci, kdy je vlákno nataženo o 50 %.

A využití? V současnosti by mělo být tím nejbližším výroba senzorů, které mají hlídat srdeční činnost. Nový materiál je totiž nejen ohebný a citlivý vůči elektrickému poli, které vyvolává stah svalů, ale tělo jej také dobře snáší. Nechme se překvapit, jaké další výrobky budou následovat.

Zblízka vypadají pavouci vskutku hrozivě. (Foto: JJ Harrison, Wikimedia) Vhodné pavoučí vlákno „dodala“ nefila kyjonohá (Nephila clavipes). (Foto: Charlesjsharp, Wikimedia)
Související články
Roste pomalu, ale vydrží déle. Tento vzorec se opakuje u bylin, keřů i lián od Arktidy po polopouště. Mezinárodní tým vědců vedený Botanickým ústavem Akademie věd ČR analyzoval více než 3 100 druhů rostlin z pěti kontinentů a ukázal, že pomalý růst je napříč různými skupinami rostlin spojen s delším životem. Výsledky publikované v časopise […]
Líbivé rčení, že „oči jsou okna do duše“, už jste určitě slyšeli. Kupodivu ale nejde jen o prázdnou frázi. Z jejich stavu lze rozpoznat nejen celkovou fyzickou kondici, ale i stovky vnitřních onemocnění.   Žlutavé, lehce vystouplé skvrny v očním okolí nejsou nic, co by nedokázala zkrotit trocha šikovnosti a make-upu. Na pohled kosmetický problém […]
Agrovoltaika vznikla před čtyřiceti lety v Německu, v současnosti ji však nejvíce rozvíjí Izrael. A zatímco v zemích s mírným klimatem se řeší, aby panely nestínily plodinám příliš, v Izraeli zase, aby stínily dostatečně a ochránily úrodu před spálením.   V Údolí pramenů letos získali rekordní úrodu 30 tun hroznů vypěstovaných právě tímto způsobem. Oblast […]
Někdo z dnešních středoškolaček a středoškoláků může jednou objevit druhou Zemi. Jiný možná postaví přístroj, který takový objev umožní. Iniciativa Generace vesmír chce mladým lidem ukázat, že cesta ke světové vědě nemusí začínat ve velké zahraniční laboratoři. Klidně může začít v české třídě.   Představte si, že jednou objevíte planetu podobnou Zemi. Nebo navrhnete kosmický […]
reklama
Historie
Žila na Starém Městě mořská panna?
Během staletí si Praha vyslouží řadu přívlastků. Někdy je označována za zlatou, jindy za stověžatou. Málokdo ale ví, jaká tajemství skrývá ve svých ulicích…   Celou řadu kuriozit ukrývá hlavně Staré Město. Kromě proslulé nejužší uličky tu totiž stojí i vůbec nejmenší pražský dům. Nachází se v Anežské ulici, nedaleko kláštera Na Františku a na […]
Katary bůh k dobrému konci nedovedl?
Pierrovi je přes 40 let. Žije v Toulouse, kde mu patří malý krámek, a už léta poslouchá učení, které hlásají kataři, jichž se v tomto kraji nalézá velké množství. Rozhodne se přijmout jejich učení za své a stát se „dokonalým“.   Pierre uvěří, že dobrý Bůh stvořil duchovní svět, zatímco ten zlý (Satan) vybudoval hmotný […]
Posunuli Máchovi datum úmrtí?
Když v neděli 23. října 1836 na vrchu Radobýlu upravuje svoji novou báseň, všimne si Mácha, že dole v Litoměřicích vypukl požár. Na nic nečeká a běží pomáhat s hašením. Občas se osvěží vodou, kterou u toho používá. Jenže ta je možným zdrojem nákazy, která nakonec způsobí jeho smrt…   Herec, dramatik, cestovatel, kreslíř a […]
Milánský dóm se stavěl téměř 600 let
Chopil se vlády v Miláně. Ve snaze zvýraznit svou moc a bohatství i význam celého města se vévoda Gian Galeazzo Visconti rozhodne zrealizovat ambiciózní architektonický projekt. Jde o jednu z největších gotických katedrál na světě, která je v mnoha směrech výjimečná!   Katedrála Narození Panny Marie (Duomo di Milano – Milánský dóm) se na náměstí […]
Zajímavosti
Tyrkysová: Barva, která nás ochrání před smrtí?
Není to ani modrá, ani zelená. Přesto je však plnohodnotnou barvou se svým vlastním původem! Proč je tyrkysová tak oblíbená? A kdo jí dal jméno?   Už tisíce let lidé milují vzácný kámen, který má díky obsahu mědi velmi nevšední barvu. Nejstarší stopy směřují do Egypta, kde zdobí předměty nalezené v hrobkách – tím nejslavnějším […]
Habsburg: Kolébka mocného rodu
První Habsburk usedá na český trůn v roce 1306. Dlouho tady nevydrží. Podruhé se rod dotkne české královské koruny v roce 1526 a vydrží vládnout až do vzniku republiky. Kde se vůbec vzali?   O Radbotovi z Klettgau (?985–1045) toho historie neví mnoho. Je prý vnukem zakladatele rodu Habsburků, Guntrama Bohatého (?930–973), ale prameny jsou tak skoupé, že […]
Postavte si iglú!
Jakmile napadne sníh, děti okamžitě letí ven, aby pod jejich rukama vznikl sněhulák. Když je materiálu dostatek, pustí se někteří do iglú, inuitského obydlí.   Všichni ho dávají do souvislosti s Inuity, tedy národem, jež přežívá na severu Ameriky a Grónska. Jenže tito obyvatelé studených oblastí užívají slůvko iglú pro veškerá obydlí. Vedle těch sněhových se […]
Iguanodon: První objevený dinosaurus
Dělníci v lomu v Sussexu mají v rukou krumpáče a rozbíjejí obří šutry na menší a ty pak na štěrk. Pak si jeden z nich všimne kamene se zvláštním obtiskem. Schová ho – občas do lomu chodí blázen, který tyto zvláštnosti kupuje. Třeba zaplatí i tentokrát…   Je příjemné slunečné odpoledne a anglický lékař Gideon Mantell (1790–1852) […]
Záhady a napětí
Dokonalé rysy Dámy z Elche: Vytesali bustu do kamene v bájné Atlantidě?
Z pohledu na dokonalé linie se tají dech. Obří kruhy přitisknuté k hlavě tajemné dámy působí, jako by spojovaly minulost s dalekou budoucností a technologiemi, o kterých si mohla starověká civilizace nechat jen zdát. Kdo je tajemná Dáma z Elche? Vzniklo dokonalé dílo pod šikovnýma rukama sochaře ze ztracené Atlantidy, nebo ji mají na svědomí […]
Stínoví lidé: Temné bytosti z jiných dimenzí, nebo jen hra mysli?
Svědci z celého světa popisují nezávisle na sobě tytéž detaily: černou siluetu bez rysů, klobouk se širokou krempou a mrazivý pocit, že si je někdo prohlíží. Někdy stojí u nohou postele, jindy se mihnou koutkem oka a zmizí. Jsou to návštěvníci odjinud, nebo jen mimořádně přesvědčivý výtvor našeho mozku?   Noc v americkém obytném přívěsu. […]
Sovětský vrt do pekla: Z hloubky dvanácti kilometrů se ozývalo sténání mrtvých
Chtěli zjistit, co se ukrývá hluboko pod zemskou kůrou. Místo toho objevili dutinu, z níž se ozývalo sténání mrtvých, jejichž duše byly lapeny v samotném pekle. Přesně to se mělo stát při velikášském projektu Sovětského svazu v druhé polovině 20. století.   Stroje pracují na plné obrátky. První kilometry země obrovský vrták špikuje jako nic. […]
Most Overtoun: Proč tu psi skáčou do prázdna?
Na první pohled je to jen krásný kamenný most u skotského sídla Overtoun House. Jenže majitelům psů se během jeho přecházení již desítky let svírá žaludek. Některá zvířata se podle svědků náhle rozběhnou k okraji a skočí dolů do rokle, jako by je tam něco přivolalo. Jde jen o nešťastně řešené místo, nebo tu psi […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Provozovatel: RF HOBBY, s. r. o., Bohdalecká 6/1420, 101 00 Praha 10, IČO: 26155672, tel.: 420 281 090 611, e-mail: sekretariat@rf-hobby.cz