剑桥大学研发出用水生产人造蜘蛛丝的绿色方法

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2018-03-14 17:19:51

蜘蛛丝是自然界中最强大的材料之一,科学家们一直在试图模仿它的特性,以获得各种各样的应用,并取得了不同程度的成功。

来自剑桥大学的化学家和建筑师团队设计了超弹性很强的蜘蛛丝纤维,几乎完全是由水组成的,并可用于制造纺织品、传感器和其他材料。这种纤维类似于小型的蹦极绳索,能吸收大量的能量,是可持续的、无毒的,可以在室温下制造。

新的方法用被称为水凝胶的汤质材料(98%的水,剩余的2%由二氧化硅和纤维素)制成,不同组分之间的化学作用使得长纤维可以从凝胶中拉出,形成长而非常细的线 - 直径几百万分之一米。大约30秒钟后,水分蒸发,留下纤维,既坚固又有弹性。

剑桥建筑系的Darshil Shah博士说:尽管我们的纤维并不像最强的蜘蛛丝一样强壮,但它们可以支持应力范围在100到150兆帕,我们的纤维是无毒的,而且制造所需的能量要少得多。

这种纤维能够在室温下进行自组装,并通过超分子主客体化学结合在一起,这种化学依赖于共价键的作用力,而共价键则是原子共用电子。当你看这些纤维时,你可以看到一系列不同的力量把它们放在不同的尺度上。这就像一个层次结构,导致一个复杂的属性组合。

纤维的强度超过其它合成纤维,例如粘胶纤维和人造丝,以及天然纤维如人或动物毛发。除了强度之外,纤维还显示出非常高的阻尼性能,这意味着它们可以吸收大量的能量,类似于蹦极绳。很少有具有这种能力的合成纤维,高阻尼是蜘蛛丝的特征之一。

这种新的方法改善了早期人工合成蜘蛛丝依赖于高能量、有毒的方法。它不需要高能量程序或有害溶剂的大量使用,而且它可以大大提高制造各种合成纤维。我们认为这种制造纤维的方法可以成为现有制造方法的可持续替代方案。研究人员计划进一步探索纤维的化学成分,包括制作纱线和编织纤维。