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如何用蜘蛛絲制造高強度納米管?
發(fā)布日期:2015-06-物民21 浏覽次數:1310

蛛絲在科學(xué)界是一種(zhǒng)非凡的材料,這(zhè)來海種(zhǒng)蛋白質纖維幾乎比現在人工能(néng)制造的材料都(dōu)更強。蜘蛛用來做網的外圍的拽引絲更是個驚人的討匠東西,它的抗拉強度相當于高級合金鋼,但密度卻隻有它的六分之一。而且延展性分不特别好(hǎo),有時(shí)可以拉到(dào)原來的五倍。這(zhè)種(zhǒng)強度與延展性的組合使得什算蛛絲極為堅韌,和新型的碳纖維如自跳Kevlar有的一拼。所以如果能(néng)讓蜘蛛絲變謝長得更強大毫無疑問會(huì)是重大的科學(xué)成(chéng)件購就(jiù),這(zhè)就(jiù)是意大利特倫托大學(xué)的Emiliano 離呢Lepore和他的幾個朋友一起(qǐ)在蜘蛛身空音上研究的東西。這(zhè)些人已經(jīng)想到(dào)一個辦法:把納米管裡哥、石墨烯和蛛絲一起(qǐ)融合形成(chéng)一種(zhǒng謝低)超越現存任何材料韌性的新材料。這(zhè)樣(yàng)做出來的材料有幾森少個特性,它的斷裂強度、楊氏模量和彈性模量比測量過(guò)的任何東西都(dōu)高。該團隊利用的辦法比較簡單,他們用了15隻從意大利農村收集來的幽靈蛛科的蜘蛛,放在實驗室裡(lǐ)控制養殖,他們把這(zhè)些蜘蛛的拽引絲收集很水起(qǐ)來做參考樣(yàng)本車錯。然後(hòu),他們開(kāi)始把石墨烯和納米管融可嗎入蛛絲中,辦法簡單又巧妙——給一風蜘蛛噴含有這(zhè)些材料的水。然後(hòu)再把蜘蛛吐的絲收用的集起(qǐ)來測量其力學(xué)性能(néng)。視媽每一縷絲,他們都(dōu)把它固定在兩(liǎng)個C形河習硬紙闆上,然後(hòu)把它放進(jìn)一有紅個可以測量設備裡(lǐ),它的測量精确度達到(dào)負載為15納米牛(nano-newtons歌技)及位移在0.1毫微米。Lepore及他的同伴測量的結果為:“我們測量到(dào),融合之後多銀(hòu)的蛛絲斷裂強度達到(dào)了5.4GPa,楊氏模量高達4上如7.8GPa,彈性模量是2.1GPa。這(zhè)是一個纖維最高都機的彈性模量,比如今的合成(chéng光理)高性能(néng)纖維還(hái)要強。”這(zhè)一努力給我們提出了一些有趣的問題。首先,蜘蛛線請是如何把納米管和石墨烯吸收進(jìn)蛛絲裡(lǐ)的并不清楚。他們試圖用光譜分析法來證明蛛絲裡(土是lǐ)含有碳材料,但是沒(méi)辦法證明究竟是如何融入的。一種(zhǒng)可能(néng)性是,在蜘蛛成(chéng)絲的時(shí)又哥候表面(miàn)被(bèi)塗上了一層碳材料。Lepore他們不能(笑術néng)排除這(zhè)種(zhǒng)可能(néng)性,但又覺得這(zhè懂窗)不可能(néng)因為如果是這(zhè)樣(y北笑àng)的結構不會(huì)又他們測量出來的這(zhè)個結果。他們認為,如果隻是在表面(miàn)加上塗層不會(h那這uì)有明顯的可觀察到(dào)的強化效果。Lepore的團隊說(shuō),更有可能(néng)是蜘蛛攝入個舞了含有碳材料的水之後(hòu),把它們吸收進(jìn)去了,在肚子裡(lǐ)成(chéng)絲時(shí)就黑紅(jiù)把它們融入了蛛絲裡(lǐ)面很月(miàn)。因此,石墨烯和納米管進(jì國兒n)入了每個蛛絲纖維的中部,在那裡(lǐ)它們對(duì)纖微會維強度的影響最大。他們甚至自己模拟了藍麗碳纖維在中間的蛛絲分子結構,并說(shuō)模拟品的力學(x工船ué)性能(néng)與實驗得出的成(短鄉chéng)品符合。不過(guò)蛛絲作為材料的利用在未來還(hái匠麗)存在著(zhe)挑戰。至今還電科(hái)沒(méi)人發(fā)現收獲蛛絲的有效辦法,不過(guò)有人做過(guò)嘗試。如果未來能(nén科跳g)開(kāi)研究出大規模采集蛛絲的手段,并將(jiāng)這友其在工業發(fā)展就(jiù)有可能(néng)廣泛用于組織放輛修複及服裝設計。這(zhè)并不是第一次有科研人員船空試圖修改蛛絲的結構,之前曾經(jīng)有各種(zhǒng)團隊把蛛絲放到(dào)适當的蒸汽中在蛛絲裡(lǐ)加入金屬元素,雖然這(zhè)花刀樣(yàng)也大大增加了蛛絲的強度和柔韌性,但是效果沒(méi)有Lepo謝做re的好(hǎo)。Lepore的團隊此次的結果給學(xué)界帶來了非凡看妹的影響,蛛絲本身就(jiù)有特殊性能(né服長ng),那是經(jīng)過(guò)4億年進(j到鄉ìn)化得來的結果,而Lepore在此基礎上又做了這(zhè)麼(m計近e)大的改進(jìn)顯然會(huì)給學(xué)者一點啟示。這(zhè)次采用的技術啟示非嗎女常簡單,而這(zhè)也表明或許類似的辦法對(duì刀不)其他生物也可行。

他們說(shuō):“這(zhè)種(zhǒng)加強辦法也能(通服néng)在其他動植物中應用,産生一種(zhǒng分都)新的仿生材料。”


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