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  劍橋大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)近日開(kāi)發(fā)出制造具有超彈性和超高強(qiáng)度纖維材料的方法。這種纖維類(lèi)似于微型蹦極索，由一種含水量達(dá)98% 的水凝膠材料脫水而成，能夠通過(guò)拉伸吸收大量的能量，且材料無(wú)毒，在室溫下可持續(xù)生產(chǎn)。

  這種新方法制造的蛛絲不僅比此前制造的各種人造蛛絲性能更好，而且在制造過(guò)程中不需要消耗大量的能量和有害溶劑。這種新的制造方法還可以推廣到其他合成纖維的制造過(guò)程中，使纖維制造依賴(lài)于有毒、高耗能方法的境況得到很大改觀。相關(guān)研究結(jié)果以Bioinspired supramolecular fibers drawn from a multiphase self-assembled hydrogel為題發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）期刊上。

  蜘蛛絲是自然界中最強(qiáng)韌的材料之一，各國(guó)科學(xué)家一直在試圖模仿其特性，并在不同程度上取得了成功。論文作者之一、劍橋大學(xué)建筑系達(dá)希爾·沙阿博士表示，“目前人類(lèi)制造的蛛絲還無(wú)法做到與天然蛛絲一樣輕盈強(qiáng)韌。”

  劍橋大學(xué)設(shè)計(jì)的蛛絲纖維是由一種“水凝膠”糊狀材料“紡”制而來(lái)。這種水凝膠98% 的成分是水，其余2%則是由自然界天然存在的硅和纖維素制成，兩者通過(guò)分子“手銬”（被稱(chēng)為瓜環(huán)）被鎖定在一起，形成納米籠狀超分子。由于不同官能團(tuán)之間的共價(jià)鍵作用，超分子形成長(zhǎng)鏈，凝膠中可抽取出超長(zhǎng)的纖維，其直徑僅幾微米。纖維被抽取出來(lái)約30秒后，分子籠中的水分蒸發(fā)，僅剩下既有彈性又有高強(qiáng)度的纖維。

  Darshil U. Shah博士介紹稱(chēng)，“我們制造的纖維抗拉強(qiáng)度約在100~150兆帕之間，雖然還不能和最強(qiáng)韌的蜘蛛絲相比，但這一強(qiáng)度與天然蠶絲及其他普通合成纖維相當(dāng)。而且，我們的纖維是無(wú)毒的，制造過(guò)程中消耗的能量也很少�！�

  這種纖維能夠在室溫下自組裝，通過(guò)超分子各組分間的共價(jià)鍵（相鄰原子共享電子）結(jié)合成鏈。論文第一作者、劍橋大學(xué)化學(xué)系博士生吳玉超表示，“這些纖維在不同尺度上存在不同的作用力，使超分子緊密結(jié)合在一起。”

  通過(guò)這種方法制造的人造蛛絲強(qiáng)度超過(guò)纖維素基粘膠及人造絲等合成纖維，以及人或動(dòng)物毛發(fā)等天然纖維。

  除了具有高強(qiáng)度之外，這種人造纖維還具有很高的阻尼，這意味著它們可以像蹦極索一樣吸收大量的能量。研究人員發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，這些人造纖維的阻尼甚至超過(guò)了天然絲綢。

  Darshil U. Shah表示，這種纖維制造方法可以替代目前多種人造纖維制造方法。研究人員計(jì)劃進(jìn)一步探索纖維的化學(xué)特性，利用類(lèi)似方法制造紗線和編織纖維。

  本項(xiàng)研究是劍橋大學(xué)化學(xué)系梅爾維爾高分子合成實(shí)驗(yàn)室與建筑系國(guó)家材料創(chuàng)新中心協(xié)同創(chuàng)新的結(jié)果。這兩個(gè)機(jī)構(gòu)都希望能從自然界的材料和制造過(guò)程中汲取靈感，在不同尺度和學(xué)科中借鑒自然界特殊的設(shè)計(jì)。

  本項(xiàng)研究獲得了英國(guó)工程與物理科學(xué)研究理事會(huì)（EPSRC）和利弗休姆信托基金的資助。

  論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2017/07/05/1705380114