Tăng sức bền cho vật liệu dựa trên kỹ thuật nhả tơ của nhện nâu

Vì sao tơ nhện mỏng nhưng mạnh hơn thép?

Câu trả lời chính là bởi độ bền vững của tơ nhện lớn gấp 5 lần thép. Tơ nhện là sợi protein mà nhện tạo ra và xe sợi. Chúng sử dụng tơ tạo nên mạng nhện để bắt mồi hoặc để bảo vệ trứng và nhện con. Kết cấu chắc chắn của những sợi tơ này giúp nhện có thể bắt giữ được những con mồi có kích thước lớn gấp nhiều lần chúng.

Kỹ thuật nhả tơ của những con nhện nâu với những vòng lặp siêu nhỏ giúp những sợi tơ của chúng chắc hơn loại nhện khác đã được các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển ứng dụng cho các cấu trúc của tàu vũ trụ.

Nghiên cứu được tiến hành bởi các nhà khoa học thuộc khoa Động vật học (Đại học Oxford) cùng với nhóm nghiên cứu thuộc khoa Khoa học ứng dụng (Đại học William & Mary) và công bố trên Tạp chí Material Horizons. Các nhà khoa học đã quan sát hành vi nhả tơ quay tròn và sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử để quan sát cấu trúc vi mô của những sợi tơ mà loài nhện nâu ẩn dật tạo ra để bảo vệ trứng và bắt mồi. Họ phát hiện ra rằng mỗi sợi tơ nhện mỏng hơn sợi tóc người thực ra được tạo thành từ hàng nghìn sợi nano khác nhau, đường kính chỉ bằng 20 nm và dài khoảng 1 μm.

Nghe thì có vẻ sợi nano này không dài nhưng chúng lại có thể kéo giãn hơn 50 lần kích thước ban đầu. Các nhà khoa học có thể tin rằng chúng còn có thể kéo dài hơn được nữa.

Chính kết cấu này khiến tơ nhện trở nên rất dai và chắc chắn, có sức mạnh và độ bền lớn hơn 1 thanh thép cùng kích thước tới 5 lần.

Bằng cách mô phỏng trên máy tính, các nhà nghiên cứu đã áp dụng kỹ thuật này để phát triển sợi tổng hợp. Việc bổ sung vòng lặp sẽ tăng cường đáng kể sức mạnh của sợi tổng hợp, tăng độ dẻo dai. Các nhà nghiên cứu cho biết mặc dù không phải loài nhện nào cũng tạo tơ bằng kỹ thuật giống như nhện nâu ẩn dật nhưng phát hiện mới này sẽ là tiền đề để nghiên cứu tơ của các loài nhện khác. Từ đó sẽ mở đường cho việc tạo ra các vật liệu mới sử dụng trong y học, khoa học kỹ thuật và công nghệ sản xuất sợi tổng hợp.