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Sua descoberta inicial parecia uma contradição, porque a maioria das outras fibras poliméricas se fragilizam com o frio. Mas depois de muitos anos trabalhando no problema, o grupo de pesquisadores descobriu que a resistência criogênica da seda é baseada em suas fibrilas em nanoescala. A ordem e a hierarquia submicroscópicas permitem que a seda resista a temperaturas de até -200 C. E, possivelmente, ainda mais baixas, o que tornaria essas fibras naturais clássicas de luxo ideais para aplicações nas profundezas do espaço sideral frio.
A equipe interdisciplinar examinou o comportamento e a função de várias sedas de animais resfriadas à temperatura de nitrogênio líquido de -196 C. As fibras incluíam sedas de aranha, mas o estudo se concentrou nas fibras mais grossas e muito mais comerciais do bicho-da-seda selvagem Antheraea pernyi .
Em um artigo publicado hoje em Fronteiras da química de materiais , a equipe foi capaz de mostrar não apenas 'isso', mas também 'como' a seda aumenta sua tenacidade em condições em que a maioria dos materiais se tornaria muito frágil. De fato, a seda parece contradizer o entendimento fundamental da ciência do polímero por não perder, mas ganhar qualidade em condições realmente frias, tornando-se mais forte e mais flexível. Este estudo examina o 'como' e explica o 'porquê'. Acontece que os processos subjacentes dependem de muitas fibrilas de tamanho nano que constituem o núcleo de uma fibra de seda.
Em linha com a teoria tradicional do polímero, o estudo afirma que as fibrilas individuais realmente se tornam mais rígidas à medida que ficam mais frias. A novidade e a importância do estudo reside na conclusão de que esse enrijecimento leva ao aumento do atrito entre as fribrilas. Este atrito, por sua vez, aumenta o desvio de energia de fissura, ao mesmo tempo que resiste ao deslizamento da fibrila. A mudança de temperatura também modularia a atração entre as moléculas de proteína da seda individuais, por sua vez, afetando as propriedades centrais de cada fibrila, que é feito de muitos milhares de moléculas.
Mais importante, a pesquisa é capaz de descrever o processo de tenacificação em níveis de micro e nano escala. A equipe conclui que qualquer rachadura que rasgue o material é desviada cada vez que atinge uma nanofibrila, forçando-a a perder cada vez mais energia nos muitos desvios que tem que transpor. E, assim, uma fibra de seda só se quebra quando as centenas ou milhares de nanofibrilas primeiro se esticam e, em seguida, escorregam e, em seguida, todas elas se rompem individualmente.
A descoberta está ultrapassando os limites porque estudou um material na área conceitualmente difícil e tecnologicamente desafiadora que não apenas abrange as escalas de mícron e nano, mas também tem que ser estudado em temperaturas bem abaixo de qualquer freezer. O tamanho das escalas estudadas variam do tamanho do mícron da fibra ao tamanho sub-mícron de um feixe de filamentos à escala nanométrica das fibrilas e, por último, mas não menos importante, ao nível de estruturas supramoleculares e moléculas individuais. Contra o pano de fundo da ciência de ponta e aplicações futurísticas, vale lembrar que a seda não é apenas 100% uma fibra biológica, mas também um produto agrícola com milênios de P&D.
Parece que este estudo tem implicações de longo alcance, sugerindo um amplo espectro de novas aplicações para sedas que vão desde novos materiais para uso nas regiões polares da Terra a novos compostos para aviões leves e pipas voando na estrato e mesoesfera. para, possivelmente, até mesmo teias gigantes tecidas por robôs-aranhas para pegar astro-lixo no espaço.
Professor Fritz Vollrath, do Departamento de Zoologia da Universidade de Oxford, disse:'Prevemos que este estudo levará ao projeto e fabricação de novas famílias de filamentos estruturais resistentes e compósitos usando filamentos naturais e inspirados na seda para aplicações em condições de frio extremo, como o espaço.'
Prof Zhengzhong Shao, do Departamento de Ciência Macromolecular da Universidade Fudan de Xangai, disse:'Concluímos que a excepcional resistência mecânica da fibra de seda em temperaturas criogênicas deriva de sua altamente alinhada e orientada, morfologia nanofibrilar relativamente independente e extensível. '
Dr. Juan Guan da Universidade Beihang, em Pequim, disse:'Este estudo fornece novos insights sobre a nossa compreensão das relações estrutura-propriedade de materiais naturais de alto desempenho que esperamos levarão à fabricação de polímeros e compósitos feitos pelo homem para aplicações de baixa temperatura e alto impacto.'
E o Dr. Chris Holland da Sheffield University, líder de um consórcio europeu de pesquisa sobre romance, biofibras sustentáveis com base em percepções sobre a fiação de seda natural afirmam:'As sedas naturais continuam a se provar como materiais padrão ouro para a produção de fibras. O trabalho aqui identifica que não é apenas a química, mas como as sedas são fiadas e, em consequência, estruturadas, esse é o segredo de seu sucesso. '
As próximas etapas da pesquisa irão testar ainda mais as incríveis propriedades. Uma empresa spin-out, Spintex Ltd, da Universidade de Oxford, parcialmente financiado por um subsídio H2020 da UE, está explorando proteínas da seda giratórias do jeito da aranha e se concentra em copiar as estruturas submicrônicas das fibrilas agrupadas.
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