Из шелка создали материал для перспективных сетей 6G

Исследование, выполненное в Имперском колледже Лондона, инженерной школе Мичиганского университета  и опубликованное в Nature Sustainability, показало: шелковые волокна можно перерабатывать в прозрачный материал, по свойствам близкий к пластику. При этом он способен управлять терагерцовыми частотами света — диапазоном, который рассматривается как основа будущих сетей связи 6G. 

Этот материал представляет собой композит, в котором сохраняется природная структура шелка, но формируются новые оптические и механические свойства. Это открывает потенциальную возможность использовать переработанный биоматериал в элементах связи следующего поколения.

Прочность на уровне инженерных полимеров

Полученный материал оказался легче большинства металлов и одновременно прочнее многих пластиков, производимых из нефти. В испытаниях на механическую прочность он показал сопротивление, сопоставимое с полимерами, армированными углеродным волокном — материалами, которые применяются в авиационных корпусах и автомобильных конструкциях.

Дополнительно отмечается биосовместимость: при имплантации мышам материал постепенно разлагался, что указывает на возможные применения в временных медицинских имплантатах.

Особые оптические свойства

Главный интерес исследователей связан с тем, как материал взаимодействует с терагерцовым излучением. Этот диапазон рассматривается как один из ключевых для будущих телекоммуникационных систем, включая 6G, где потенциально возможна передача данных в сотни раз быстрее, чем в сетях 5G.

Особенность материала — способность изменять поляризацию света, то есть задавать направление колебаний электромагнитной волны. Это дает дополнительный канал кодирования информации, но обычно сложно реализуется в прозрачных материалах.

Профессор химии и инженерии Мичиганского университета Ник Котов описал это так:

«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».

Как сохраняется структура шелка

Уникальные свойства связаны с внутренней организацией шелка. Его молекулярная структура сочетает упорядоченные кристаллические участки и аморфные, менее структурированные зоны. Именно это сочетание обеспечивает одновременно прочность и гибкость.

Чунмэй Ли соавтор исследования отмечает:

«Для такого гибкого материала он удивительно прочный. Благодаря обработке мы можем превзойти возможности многих других биоматериалов».

Процесс получения нового материала основан не на растворении шелка, как в прежних подходах, а на его физическом уплотнении. Волокна нагревают примерно до 125–215°C и подвергают давлению 1900–9800 атмосфер. Вода удаляется, а структура сплавляется в единый лист, при этом ключевые кристаллические элементы сохраняются.

Более экологичный способ переработки

Дополнительная цель работы — снижение текстильных отходов. В отличие от традиционных методов, где шелк растворяют в химических реагентах и превращают в порошок, здесь используется значительно более мягкий подход.

Эмилиано Билотти из Имперского колледжа Лондона объясняет:

«Замечательные свойства шелка обусловлены его иерархической микроструктурой. Мы хотели сохранить как можно больше первозданных волокон».

Ученые также подчеркивают, что процесс может быть технологически простым: достаточно кипячения для удаления серицина — природного белка, склеивающего волокна, после чего материал прессуется в листы.

Перспективы применения

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 шелк может найти применение в 6G-устройствах, легких конструкционных элементах, упаковке и биомедицинских имплантатах.