Всем известно, что паутина — это чудо-материал, уникальный по своей природе. Из года в год ученые изучают удивительные свойства этого шедевра природы, делая все новые открытия. Недавно стало известно, что шелк паука разделяет некоторые полезные свойства с полупроводниками, за исключением того, что вместо манипуляции электронами он может использоваться для управления тепловыми и звуковыми волнами.
Невероятные свойства паутины: будущее изолирующих матералов

Согласно новой статье, опубликованной в Nature Materials, паутина может блокировать определенные квазичастицы звука (так называемые «фононы») в зависимости от их частоты, точно так же, как полупроводники блокируют некоторые электроны. «Паутина не позволяет распространяться определенному диапазону частот. Если вы передаете звук на этой частоте, то материал поглотит его», объясняет соавтор статьи Эдвин Томас из Университета Уильяма Маршала Райса (Хьюстон, США).

Ширина запрещенной зоны — диапазон значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном кристалле. Зная его, физики могут эффективно «настроить» материал, когда речь идет о его способности пропускать фотоны света. Аналогично фотонным кристаллам работают и фононные (с поправкой на то, что речь тут идет о звуковых волнах), но это исследование ученых — первый случай обнаружения запрещенной зоны в подобном материале.

Так выглядит микроструктура паутины и ее способность поглощать звуковые волны
Так выглядит микроструктура паутины и ее способность поглощать звуковые волны

Паутина прочна как сталь и эластична как резина, если сравнивать материалы по весу. Именно поэтому она вдохновила ученых на создание множества синтетических материалов, таких как кевлар и нейлон, которые нашли широкое применение в повседневной жизни. Кроме того, паутина обладает антибактериальными свойствами. Все это возникает благодаря сложной кристаллической структуре материала. В ней есть жесткие элементы, поддерживающие форму волокна, и мягкие области, которые придают ему эластичность. Два белка, богатые аланином, пронизывают желеобразную полимерную структуру, в то время как другая аминокислота, глицин, составляет 70% остального материала. Такая разница между жестко упорядоченными и бесформенными компонентами и придает паутине прочность и гибкость.

Когда Томас и его команда исследовали микроструктуру паутины, то обнаружили, что растяжение и расслабление мягких компонентов волокна изменяет его акустические свойства. Контролировать положение запрещенной зоны можно при помощи простого растяжения нитей материала. Манипуляции высокочастотным звуком также вызывают тепловой эффект, поэтому паутину можно использовать и для теплоизоляции. Если ученые смогут воссоздать микроструктуру паучьего шелка в лабораторных условиях и усовершенствовать ее, то, возможно, нас ожидает появление новых, уникальных синтетических материалов.