Содержащиеся в зубах кальмаров вещества вдохновили исследователей на то, чтобы создать синтетический материал с управляемой теплопроводностью. Разработка может пригодиться в области создания «умной» одежды, системах охлаждения и электронике. Результаты опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Многие процессы, такие как, например, движение электрического тока по проводам, приводят к появлению тепла. Его нужно отводить от устройств, так как тепло может повредить их работе или попросту привести к поломке. Предназначенные для этого современные системы обычно либо жидкостные (тепло в них отводит хладагент), либо твердотельные, в которых тепло выводится с помощью колебаний атомов. Однако можно создать другие устройства с гибридным строением, в которых появляется принципиально новый параметр — топология самого вещества, которая зависит от взаимодействий внутри него.

В новой работе ученые исследовали синтетические соединения, напоминающие по строению белки в кольцевых зубах кальмаров.

«Структурные белки, вроде тех, что мы изучаем, содержат кристаллические домены, связанные аморфными участками, — поясняет соавтор работы Мелик Демирель из Университета штата Пенсильвания (США). — Вместе с коллегами мы научились управлять теплопроводностью между такими доменами, меняя топологию их соединений». В результате исследователи смогли создать биоматериал, теплопроводность которого при обычной влажности низка. Однако при перестройке материала с повышением влажности этот показатель возрастает.

Белку из зубов кальмара это свойство придают содержащиеся в нем повторяющиеся участки ДНК. Ориентируясь на эту структуру, авторы создали материал с увеличенным количеством повторяющихся элементов. При влажности менее 35% его теплопроводность не связана с количеством повторов, но при увеличении проявляется линейная зависимость. Если влажность уменьшить, свойства возвращаются к исходным значениям.

Авторы предполагают, что их открытие найдет множество применений.

«Например, материал может начать проводить больше тепла, впитав пот спортсмена, таким образом позволяя телу охладиться, — размышляет Демирель. — Мы сейчас на самом деле находимся в процессе разработки малых и крупных прототипов для испытания идеи для улучшения спортивной одежды».