Нови открития за коприната на паяците могат да вдъхновят създаването на нови материали за манипулиране на звука и топлината по същия начин, по който попупроводниковите схеми манипулират електроните, според учените от Rice University, в Европа и Сингапур.
Микроскопичната структура на паяковата коприна разкрива уникални характеристики в начина, който предавта фонони, квазичастици на звука.
(Фонон е е колективно възбуждане, подреждане на атомите или молекулите в кондензирана материя.)
Изследването показва за първи път, че в коприната на паяка има празна фононна лента. Това означава, че тя може да блокира фононните вълни в определени честоти по същия начин, както електроните през забранена зона, т.е. позволява някои електрони да минаватт и спира другите, пише Science daily.
Учените пишат, че тяхната разработка е първото откритие на свръхзвукова забранена зона в биологичен материал.
Как паякът използва тази зона остава да се разбира, но има ясни последици за материала, в зависимост от научните материали на Дийн Едуин Томас от Rice Engineering, който е съавтор на изследването. Той предположи, че кристалната микроструктура на паяковата коприна може да бъде повторена в други полимери.
Това би могло да даде възможност за настройване на динамични метаматериали като фононните вълноводи или топлоизолация, тъй като топлината се разпространява чрез твърди вещества, чрез фонони.
„Фононите са механични вълни“, казва Томас. „И ако материалът има области с различна еластичност и плътност, вълните го усещат."
Паяците са умели в изпращането и получаването на вибрации по мрежата, която използват, за да намерят дефекти и да знаят, когато „вечерята“ издава звуци. Съответно, паяжината има способността да предава широк спектър от звуци, които учените смятат, че паяците могат да тълкуват по различни начини. Учените са открили, че паяжината също така има способността да забавя някои звуци.
„Паяжината има много различни, интересни микроструктури. Нашата група успя да намери как да контролира позицията на забранената зона чрез промяна на напрежението в паяжинното влакно.“, казва Томас. "Има един диапазон от честоти, които нямат право да го разпространяват. Ако излъчват звук към определена честота, той няма да отиде в материала.“
През 2005 година Томас партнира на Джордж Фейтас, учен в University of Crete и института Electronic Structure and Laser Foundation for Research and Technology-Hellas, Гърция, по проект за определяне свойствата на свръхзвукови фононни кристали. В изследването учените измерват фононното размножаване и откритите ивици в синтетичните полимерни кристали, подредени на равни интервали.
„Фононните сигнали дават възможност да се манипулират звуковите вълни и ако получите достатъчно звуци и при достатъчно високи честоти, което говори за създаването на топлина“, казва Томас. „Да бъдеш в състояние да направиш топлинен поток по този начин или така, че да може да се стича към всички, значи материала се е превърнал в топлоизолатор."
Фейтас и Томас решиха да направят по-подробен преглед на коприната, която паяците използват да изграждане на външната част на мрежата и спиците, и спасителното въже. (Ако паяк е окачен във въздуха, то е с въпросното спасително въже.) Макар паяковата коприна да е проучвана в продължение на много години, едва наскоро бяха анализирани нейните акустични свойства.
"Коприната е йерархична структура, състояща се от един протеин, който се сгъва в листове и оформя кристали. Тези твърди протеинови кристали са свързани помежду си с по-меки, аморфни вериги", казва Томас. Разтягането между свързващите вериги променя акустичните свойства на коприната чрез коригиране на механичната връзка между кристалите.
