人造蛛丝

英国剑桥大学科学家研制出一种高弹性、超强韧的纤维,性质与天然蜘蛛丝相似,有着广泛应用前景,而且生产过程绿色环保。蜘蛛丝是xxx韧的天然纤维之一,制造出媲美天然蛛丝的人造纤维,是材料学的重要研究方向。

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蛛丝的特点

蜘蛛的种类很多,蛛网的网型区别很大。蛛丝的直径有明显差别。蛛网由三种蛛丝组成:框架丝,径向幅丝,螺旋形环向丝。前两种丝是蛛网的骨架丝,直径较粗,强度较高;螺旋丝直径较细,强度稍低,外包粘液,粘液含水量达80%,含有丰富的氨基酸。一般骨架丝的直径在1μm以上,环向丝直径约0.6μm。有时为增加强度,蜘蛛来回纺丝形成5~10根蛛丝一股。

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按文献提供的寻常庭院蛛丝实验结果:粗丝直径0.93~1.4μm,细丝直径0.56μm,断裂时伸长126~146%,拉伸强度为717.5~1490MN/m2, 最终弹性模量2175~3725MN/m2,断裂功93.3~298MJ/cm2。微镜显示:蛛丝中分子排列紧密有序呈晶体状,类似金属的晶体化组织,有些断面分子排列类似橡胶的分子组织结构,这些断面交替出现,这是蛛丝具有高强度和高弹性和高韧性的根本原因。蛛丝的韧性度很高,铅笔芯粗的蛛丝足以支撑一艘万吨级的远洋货轮,是钢的10倍。

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研究人员以一种凝胶为原料,利用纺丝方法从中拉出长丝,与蜘蛛吐丝类似.这种凝胶的成分98%是水,其余成分是经过特殊处理的二氧化硅纳米粒子和纤维素,由一种被称为瓜环的筒状分子“手铐”铐在一起.

在凝胶中富含水的环境下,不同分子间的相互作用使它们结合形成复杂的超分子结构,从而可以在室温下拉成直径仅几微米的长丝.约30秒后,丝线中的水分挥发,留下韧性和弹性都很高的纤维.

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这种纤维的抗拉强度约为100兆帕到150兆帕,大约相当于天然蛛丝的十分之一,高于粘胶纤维和人造丝等部分合成纤维,以及人和动物毛发等天然纤维.此外,它还有非常高的阻尼,像蹦极绳一样可以吸收大量能量.这些属性使它可用于制造特殊纺织品、传感器等等.

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