·
·
Технологии и наука
Учёные создали из переработанного шёлка прозрачный материал, способный управлять терагерцовым излучением — основой для будущих сетей 6G.
Переработанный шёлк может стать основой для материалов нового поколения в телекоммуникациях. Исследователи из Имперского колледжа Лондона и инженерной школы Мичиганского университета выяснили, что шёлковые волокна, превращённые в прозрачный композит, способны управлять терагерцовыми частотами света — диапазоном, который ляжет в основу сетей 6G. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Sustainability.
Полученный материал по свойствам близок к пластику, но при этом сохраняет природную структуру шёлка. Он легче большинства металлов и прочнее многих нефтяных полимеров. В испытаниях его механическая прочность оказалась сопоставима с полимерами, армированными углеродным волокном, которые используются в авиации и автомобилестроении. Кроме того, материал биосовместим: при имплантации мышам он постепенно разлагался, что открывает перспективы для временных медицинских имплантатов.
Главное открытие связано с тем, как материал взаимодействует с терагерцовым излучением. Этот диапазон считается ключевым для будущих систем связи, включая 6G, где скорость передачи данных может в сотни раз превысить возможности 5G. Шёлковый композит способен изменять поляризацию света — задавать направление колебаний электромагнитной волны. Это даёт дополнительный канал кодирования информации, что редко встречается в прозрачных материалах.
Профессор химии и инженерии Мичиганского университета Ник Котов пояснил:
«Трудно создать материал с терагерцовой оптической активностью, способный вращать свет и при этом быть практически прозрачным. Этот композит уникален тем, что он способен это делать на частотах, необходимых для множества будущих технологий. Как правило, такие биоматериалы очень сильно поглощают терагерцовый свет, поэтому на выходе получается очень мало света».
Уникальные свойства объясняются внутренней организацией шёлка. Его молекулярная структура сочетает упорядоченные кристаллические участки и аморфные, менее структурированные зоны. Именно это сочетание обеспечивает прочность и гибкость одновременно. Соавтор исследования Чунмэй Ли отметил:
«Для такого гибкого материала он удивительно прочный. Благодаря обработке мы можем превзойти возможности многих других биоматериалов».
В отличие от прежних подходов, новый метод не растворяет шёлк, а физически уплотняет его. Волокна нагревают до 125–215°C и подвергают давлению 1900–9800 атмосфер. Вода удаляется, а структура сплавляется в единый лист, при этом ключевые кристаллические элементы сохраняются.
Дополнительная цель работы — сокращение текстильных отходов. Вместо растворения шёлка в химических реагентах и превращения его в порошок, учёные применили более мягкий подход. Эмилиано Билотти из Имперского колледжа Лондона объяснил:
«Замечательные свойства шёлка обусловлены его иерархической микроструктурой. Мы хотели сохранить как можно больше первозданных волокон».
Процесс может быть технологически простым: достаточно кипячения для удаления серицина — природного белка, склеивающего волокна, после чего материал прессуется в листы.
Сейчас команда оценивает возможность масштабирования технологии и интеграции материала в датчики, оптические элементы и телекоммуникационные компоненты. Параллельно проводится анализ жизненного цикла, чтобы оценить реальную экологическую эффективность подхода. Если технология подтвердит масштабируемость, переработанный шёлк может найти применение в 6G-устройствах, лёгких конструкционных элементах, упаковке и биомедицинских имплантатах.
