Физики выяснили, почему натуральный шелк такой блестящий и холодный
Американские и южнокорейские физики обнаружили, что блеск шелка вызван наличием в нитях неупорядоченных полостей нанометровой толщины. Они же объясняют и теплообмен в нитях, который усиливает охлаждение шелка за счет излучения, сообщает научно-популярное издание N+1 со ссылкой на статью в Nature Communications.
Как показали исследования, в природных шелковых волокнах содержится неупорядоченная система полостей нанометровой толщины. Это приводит к усилению их отражательной способности. Протяженные полости размером несколько десятков нанометров при прохождении через них света играют роль дефектов, на которых волны света не рассеиваются, а образуют локализованное энергетическое состояние. Ученые подчеркивают, что обнаружить такой эффект в естественных системах из органических биомолекул удалось впервые.
Чтобы показать, что эффект андерсоновской локализации возможен и в шелковых нитях, авторы работы сначала с помощью электронной микроскопии изучили их структуру. Оказалось, что нить состоит из практически параллельных друг другу волокон толщиной около 10 — 20 микрометров. Каждое из этих волокон в свою очередь образовано нановолокнами толщиной около 100 нанометров, между которыми образуются полости диаметром всего несколько десятков нанометров.
Всё это сказывается как на оптических свойствах шелковых волокон, так и на процессах теплообмена. В частности, это приводит к тому, что шелк практически не пропускает свет, отражая большую его часть в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. А вместе с собственным излучением белка в инфракрасном диапазоне это приводит к сильному охлаждению за счет излучения независимо от времени суток.
По словам ученых, их исследования открывают довольно широкие перспективы для создания биоорагнических метаматериалов.
Фото: Seung Ho Choi et al./ Nature Communications, 2018
