仿蛛丝结构超韧纤维问世 强度比钢高出5至10倍

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据最新一期《先进材料》杂志报道,加拿大研究人员从蜘蛛丝直接获取灵感,研制出一种超韧聚合物纤维。

蜘蛛丝的直径虽然只有3到8微米,但强度却比钢还要高出5至10倍。蛛丝质量很轻,却具有非凡的延伸性和抗拉伸力。蛛丝超强的韧性源于其蛋白质链的特殊分子结构。

蒙特利尔理工学院机械工程系高瑟琳教授表示,蛛丝蛋白圈本身就像一个弹簧,每个弹簧圈之间以化学链相连。一旦主分子结构链被破坏,化学链就会断裂。想要通过拉伸破坏蛛丝蛋白质,就需要展开弹簧,并且逐个打破弹簧圈之间的连接,这个过程会消耗大量的能量。

此项新研究涉及制造出具有类蛛丝特性的微米级微结构纤维。研究人员称,将丝的黏性聚合物溶液倒入以一定速率移动的子层,就可构建出一种不稳定结构,并形成一系列的丝圈,这一过程类似于将蜂蜜倒在一片烤面包上。不稳定性由流体运动方式形成,纤维提供了一种特殊的几何结构。研究人员将由此形成的这种规则周期模式称为不稳定模式。

随着溶剂的蒸发,这种纤维就凝固成型。当这些丝状物质形成丝圈并相互结合时,其中的结合键就会具备不稳定模式。对制成的纤维施以强力拉伸后,就可打破结合键,这一过程就如同蛛丝的创建一般。

研究人员称,该项目旨在了解不稳定结构如何影响丝圈的几何特性。未来由坚韧纤维编织而成的复合材料将可用以制造更加安全和轻便,甚至在爆炸时都不会碎片化的飞机引擎。同时,这种材料也可扩展到手术设备、防弹衣、汽车零件等其他应用中。

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