南开大学团队研获超强韧人造蜘蛛丝

发布时间:2019-11-27浏览量:9803

  科幻影片中,超级英雄“蜘蛛侠”能够穿梭于摩天大厦之间或缓慢降至大地而毫发无损,全凭神奇的“蜘蛛丝”。现在,这一科学幻想希望走进现实。南开大学药物化门生物学国度重点实验室、药学院、功效高分子教诲部重点实验室刘遵峰传授团队应用水凝胶纤维胜利制备出了新型超强韧“人造蜘蛛丝”,它强度高、慢回弹、可重复伸缩,来日或将用于高空缓降等多平台。即日,说明该功效的论文在线发表于国际知名学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上。

  自然界中的蜘蛛丝具备壮大的机械性能,它阐扬出极高的抗拉强度(高达1.4GPa),与上等级合金钢相配(0.45-2GPa),可以到达高强度合成纤维——芳纶纤维,如凯夫拉纤维的一半(3 GPa)。但是,平时情况下金属丝或凯夫拉纤维险些不行伸长,而蜘蛛丝可伸长到约40%,在高湿的度环境下可伸长5倍。

  “同时,蜘蛛丝伸长后险些不反弹。这使得这种纤维质料在拉伸过程中能够吸收大批的能量,其韧性平衡为350 MJ/m3,比钢或芳纶纤维凌驾几个数目级。”刘遵峰说明说,除了没有反弹外,人们险些看不到蜘蛛悬空身材扭转,这意味着蜘蛛丝还可以吸收扭转扭转能量。

  “别的,蜘蛛丝在被拉长后,遇到湿气或遇水时,会恢复到初始长度。这使它被来袭的猎物撞击而拉长后,可以自动修复并从新应用。”刘遵峰表示,这全部都表明蜘蛛丝具备超强的机械性能组合。

  研究团队设想,能否在实验室经纪工合成一种纤维质料,既能兼具蜘蛛丝的种种崇高性能,又可以实现量产。

  “人们曾经测试用蚕丝卵白来制作人工蜘蛛丝,并获得了一定的胜利,但这种技巧很难规模化放大。应用合成技巧,制备能模仿蜘蛛丝的上述特性,仍旧是一个困难。”刘遵峰说。

  经过反复实验,刘遵峰团队接纳了一种最简单的技巧,胜利应用水凝胶纤维制备出了“人造蜘蛛丝”。这种新质料到达与自然蜘蛛丝险些相配的力学性能。刘遵峰说明,水凝胶纤维由聚丙烯酸制成,聚丙烯酸具备核-鞘布局,通过掺杂二价离子、并加捻获得一定的捻度极大的增加了其强度。该纤维的拉伸强度可达895MPa、拉伸可达44.3%、模量高达28.7GPa、韧性到达370MJ m-3,阻尼服从到达95%。



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