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Struktur und Dynamik Poster: Mi., 14:00–16:30 M-P158
Molekularer Ursprung der Reißfestigkeit von Seidenfasern
Tilo Seydel 1 , Imke Diddens 2 , Nadine Hauptmann 2 , Gesa Helms 2 , Malte
Ogurreck 2 , Igor Krasnov 2 , Shin-Gyu Kang 2 , Michael Marek Koza 1 , Sergio
S. Funari 3 , Martin Müller 2
1 Institut Laue–Langevin, B. B. 156, F–38042 Grenoble Cedex 9, Frankreich – 2 Institut
für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Kiel, 24098 Kiel – 3 HASYLAB
bei DESY, Notkestraße 85, 22603 Hamburg
Die Gründe für die starke Dehnbarkeit und die hohe Reißfestigkeit der Seide der Seidenraupe
Bombyx mori sind trotz umfassender Forschung auch heute noch nicht hinreichend
geklärt. Zwar kennt man die chemische Zusammensetzung von Seide, jedoch ist
offenbar die komplexe Morphologie mit kristallinen und amorphen Bereichen entscheidend
für die mechanischen Eigenschaften. Während Kristalle sich sehr gut mit Röntgendiffraktion
untersuchen lassen, ist die inkohärente inelastische Neutronenstreuung
(INS) auf lokale Eigenschaften von Molekülen und damit auch auf die Dynamik ungeordneter
Bereiche sensitiv. Wir haben entsprechende Streckexperimente in situ sowohl
erstmals am Neutronenspektrometer IN6 (ILL) als auch an der Synchrotron–Beamline
A2 (HASYLAB) durchgeführt.
Beim INS–Experiment wurde eine Deuterierungstechnik zur Maskierung der kristallinen
Bereiche von Seide angewandt, wie sie bereits für Zellulosefasern beschrieben wurde
[1]. Die so erhaltenen Phononenspektren amorpher Seide bei verschiedenen Dehnungen
der Seidenfasern geben einen direkten Hinweis darauf, daß die ungeordneten Moleküle
einen großen Teil der makroskopischen Dehnung ermöglichen.
Im komplementären Experiment mit Röntgenstrahlung wurde umgekehrt gefunden,
daß die kristallinen Bereiche jeweils unter der makroskopischen mechanischen Spannung
gehalten werden, sich aber z. B. in feuchter Seide nur um 1.5 % bei einer makroskopischen
Dehnung von 20 % unter Zug dehnen.
[1] M. Müller et al., Macromolecules 33 (2000) 1834-1840.