Ученые из Имперского колледжа Лондона, Мичиганского университета и Университета Тафтса сплавили шелковые волокна при высокой температуре и давлении, получив материал, который способен особым образом скручивать терагерцовые частоты света — именно в этом диапазоне будут работать сети 6G, передающие данные в сотни раз быстрее современных 5G. Поляризация света открывает новые возможности для кодирования информации, но добиться нужного эффекта в терагерцовом диапазоне обычно очень сложно.
«Трудно создать материал с терагерцовой оптической активностью, который может вращать свет и при этом оставаться практически прозрачным», — объясняет соавтор исследования, научный сотрудник Мичиганского университета Ник Котов. Впрочем, на этот раз ученым удалось точно настраивать степень скручивания света, меняя температуру и давление при обработке шелка.
Секрет уникальных свойств нового материала кроется в химической структуре шелка, где чередуются упорядоченные и хаотичные области. Длинные цепочки аминокислот местами образуют аккуратно сложенные кристаллические листы, а местами — беспорядочные клубки. Именно это сочетание делает шелк прочным и гибким одновременно. «Удивительно, насколько он прочен для столь гибкого материала», — отмечает Чунмэй Ли из Университета Тафтса.
При нагревании до 125−215°C под давлением от 1900 до 9800 атмосфер вода из шелка испаряется, и запутанные области сплавляются в единый лист, сохраняя при этом кристаллическую структуру внутри волокон. Предыдущие методы требовали растворения шелка в химических растворителях, что разрушало большую часть кристаллов, но теперь это не нужно.
Телекоммуникации — не единственная область применения. Новый материал легкий, но при этом он прочнее многих металлических сплавов и обычных пластиков из нефтепродуктов. В баллистических тестах он показал устойчивость к проколам на уровне углепластиков, которые используют в авиации и автомобилестроении. Это делает его перспективным для создания спортивного снаряжения, транспортных контейнеров и упаковки. А поскольку материал постепенно разлагается в организме, он подходит для временных медицинских имплантатов.
Новый подход также решает экологическую проблему. Для переработки шелка нужна только предварительная обработка кипятком для удаления связующего белка серицина — даже короткие волокна можно спрессовать в листы, то есть для инновационного материала подойдут отходы производства ткани, которые ранее выбрасывались. Теперь команда работает над масштабированием производства и ищет промышленных партнеров для вывода материала на рынок.
Ранее ученые раскрыли секрет невероятной прочности автомобильных шин.
