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一种具有超强延展性的强力蜘蛛丝纤维

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发表于 2017-7-18 15:19:52 |显示全部楼层

    一个来自剑桥大学的建筑师和化学家团队设计了一种具有超强延展性的强力纤维,大部分都是由水构成的,可被用于制造织物、传感器和其他材料。这种纤维由于能吸收大量能量,因此就像是微型弹力绳,是可持续的无毒纤维,可在室温下制造。

  这一新方法不仅在先前制造合成蜘蛛丝的方法上进行了改进,不再需要高能程序或者有害溶剂,还能大幅提升制造所有种类合成纤维的方法,因为其他类别的合成纤维也依赖于高能、有毒方法。这一成果已发表在国家科学院论文集上。

  蜘蛛丝是自然界中最坚韧的材料之一,科学家试图模拟其性质,应用于大量应用之中,成功的程度各异。来自剑桥大学建筑系的共同作者Darshil Shah博士说道:“我们还没有完全重建出蜘蛛吐丝的优雅。”

  剑桥团队设计的这种纤维是由一种名为水凝胶的糊状材料“纺”成的,其中98%都是水。剩余的2%由二氧化硅和纤维素构成,两者都可在自然界中得到,并通过被称为瓜环的筒状分子“手铐”结合到一起。不同成分之间的化学作用使得能从凝胶中抽出一条长长的纤维。

  这些纤维从水凝胶中抽出,形成长长的极薄细线,直径仅为百万分之一米。经过约30秒,水分蒸发,剩下的就是既坚韧又可延展的纤维。

  Shah说道:“虽然我们的纤维比不上最坚韧的蜘蛛丝,但也能支撑100到150兆帕的压强,类似于其他合成和自然丝。但我们的纤维是无毒的,而且制造并不怎么耗能。”

  这种纤维在室温下能自组装,被超分子主-客体化学过程所结合,这种化学过程依赖于分子间的弱相互作用力而非原子共享电子的共价键。

  剑桥大学化学系博士研究生、论文第一作者Yuchao Wu说道:“当你观察这些纤维时,你可以发现在不同尺度上将他们结合起来的各种不同作用力。这像是一个层级架构,形成复杂的组合性质。”

  这种纤维的强度超过了其他合成纤维,比如基于纤维素的纤维胶和人造丝,还超过了类似人类或者动物毛发等自然纤维。

  除了强度,这种纤维还表现出了非常高的吸震能力,意味着它们能吸收大量能量,就像是弹力绳。现在没有几种合成纤维具有这一能力,但高阻尼是蜘蛛丝的特性之一。研究者发现这种纤维的减震能力在某些情况下甚至超越了自然丝。

  Shah说道:“我们认为这种纤维制造方法可以成为当前制造方法的一种可持续替代品。”研究者计划进一步探索这种纤维的化学性质,包括制造纱线和编织纤维。


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