據(jù)最新一期《先進(jìn)材料》雜志報(bào)道,加拿大研究人員從蜘蛛絲直接獲取靈感,研制出一種超韌聚合物纖維。
蜘蛛絲的直徑雖然只有3到8微米,但強(qiáng)度卻比鋼還要高出5至10倍。蛛絲質(zhì)量很輕,卻具有非凡的延伸性和抗拉伸力。
蛛絲超強(qiáng)的韌性源于其蛋白質(zhì)鏈的特殊分子結(jié)構(gòu)。
蒙特利爾理工學(xué)院機(jī)械工程系高瑟琳教授表示,蛛絲蛋白圈本身就像一個(gè)彈簧,每個(gè)彈簧圈之間以化學(xué)鏈相連。一旦主分子結(jié)構(gòu)鏈被破壞,化學(xué)鏈就會(huì)斷裂。想要通過拉伸破壞蛛絲蛋白質(zhì),就需要展開彈簧,并且逐個(gè)打破彈簧圈之間的連接,這個(gè)過程會(huì)消耗大量的能量。
此項(xiàng)新研究涉及制造出具有類蛛絲特性的微米級(jí)微結(jié)構(gòu)纖維。研究人員稱,將絲的黏性聚合物溶液倒入以一定速率移動(dòng)的子層,就可構(gòu)建出一種不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并形成一系列的絲圈,這一過程類似于將蜂蜜倒在一片烤面包上。不穩(wěn)定性由流體運(yùn)動(dòng)方式形成,纖維提供了一種特殊的幾何結(jié)構(gòu)。研究人員將由此形成的這種規(guī)則周期模式稱為不穩(wěn)定模式。
隨著溶劑的蒸發(fā),這種纖維就凝固成型。當(dāng)這些絲狀物質(zhì)形成絲圈并相互結(jié)合時(shí),其中的結(jié)合鍵就會(huì)具備不穩(wěn)定模式。對(duì)制成的纖維施以強(qiáng)力拉伸后,就可打破結(jié)合鍵,這一過程就如同蛛絲的創(chuàng)建一般。
研究人員稱,該項(xiàng)目旨在了解不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)如何影響絲圈的幾何特性。未來由堅(jiān)韌纖維編織而成的復(fù)合材料將可用以制造更加安全和輕便,甚至在爆炸時(shí)都不會(huì)碎片化的飛機(jī)引擎。同時(shí),這種材料也可擴(kuò)展到手術(shù)設(shè)備、防彈衣、汽車零件等其他應(yīng)用中。
加拿大研制出一種[超韌聚合物纖維]
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