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第05版:科技创新·综合
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最坚韧的材料——蜘蛛丝
     
 
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2021 年 12 月 23 日 星期 放大 缩小 默认  
科学生活知多少

最坚韧的材料——蜘蛛丝

  科学家们在半个世纪前发现:蜘蛛丝是最强的生物材料,它的强度和韧性都超过合金钢。

  如此细的蜘蛛丝为什么有媲美合金钢的强度和韧性呢?因为在蜘蛛丝中,多种蛛丝蛋白形成了刚性的结晶区和柔性的非结晶区。结晶区赋予蜘蛛丝高强度,而非结晶区在外力作用下容易发生形变,赋予蜘蛛丝高韧性。

  目前人造蜘蛛丝已经研制成功,它以一种凝胶为原料,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。凝胶在富含水的环境下,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。

  这种纤维的抗拉强度为100兆帕~150兆帕,大约相当于天然蜘蛛丝的十分之一,高于黏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,它还具有非常高的阻尼,像蹦极绳一样可以吸收大量能量,可用于制造防弹的军服、帆船帆布或用于降落伞和热气球的轻质织物。

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