英媒近日稱,英國劍橋大學(xué)的一群建筑師和化學(xué)家設(shè)計(jì)出了延展性極佳且強(qiáng)韌的纖維,其成分幾乎全部是水,可用來制造紡織品、傳感器和其他材料。這種纖維有點(diǎn)像微型的蹦極繩索,它能吸收大量的能量,承受力強(qiáng)且無毒,還可在室溫中制作。
據(jù)英國物理科學(xué)新聞網(wǎng)站7月10日報(bào)道,這種新方法改進(jìn)了此前制作合成蛛絲的方法,它不需要高耗能過程,也不使用大量的有害溶劑,它還能夠大大改進(jìn)制作各種合成纖維的方法,因?yàn)槠渌愋偷暮铣衫w維也要依賴高耗能和有毒的方法。上述研究報(bào)告發(fā)表在美國《國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》月刊上。
蛛絲是自然界中最強(qiáng)韌的材料之一,科學(xué)家一直在嘗試模擬其特性以用于各種用途,迄今以來成果不一。研究報(bào)告作者之一、劍橋大學(xué)建筑系的達(dá)希爾·沙阿說:“我們尚不能完全復(fù)制蜘蛛吐絲的精巧之處?!?/p>
劍橋團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的這種纖維是由一種被稱為水凝膠的材料“紡”成的。該材料中98%的成分都是水,剩下的2%則是二氧化硅和纖維素,由一種叫瓜環(huán)的管狀分子“手銬”網(wǎng)絡(luò)聚合起來。不同成分之間的化學(xué)反應(yīng)使得凝膠中可以拉出長纖維。
從水凝膠中拉出的長纖維組成了極細(xì)的長線,其直徑為一米的數(shù)百萬分之一。大約30秒后,其中的水分蒸發(fā),剩下了延展性極佳的強(qiáng)韌纖維。
“盡管這種纖維的強(qiáng)度不如最強(qiáng)韌的蛛絲,但它們?nèi)阅艹惺?00到150兆帕的壓力,與其他的合成和天然絲差不多,”沙阿說,“不過我們的纖維無毒,而且制造時耗能較少。”
這種纖維在室溫下就能自我組裝,并由超分子主-客體化學(xué)過程聚合在一起,這種過程依靠力而不是共價(jià)鍵的作用。
“觀察這種纖維就會發(fā)現(xiàn),多種不同的力以不同的大小將它們聚合在一起,”報(bào)告主要作者、劍橋大學(xué)化學(xué)系的博士生吳宇超(音)說,“這就像一個由不同特性進(jìn)行復(fù)雜結(jié)合的層級系統(tǒng)。”
這種纖維的強(qiáng)度超過了其他合成纖維(如以纖維素為基礎(chǔ)的粘膠纖維和人造絲),以及人類和動物毛發(fā)這樣的天然纖維。
除了強(qiáng)度較高,這種纖維還有很好的阻尼性能,也就是說它能吸收大量的能量,類似蹦極繩索。很少有合成纖維具有這種性能,而蛛絲就具有高阻尼性能。研究人員發(fā)現(xiàn),這種纖維的阻尼性能在某些情況下甚至超過了天然絲。
沙阿說:“我們認(rèn)為,這種制造纖維的方法可以成為目前生產(chǎn)方式的可持續(xù)替代方法?!毖芯咳藛T計(jì)劃進(jìn)一步探索這種纖維的化學(xué)特性,包括制造紗線和編織線。
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