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蜘蛛丝:最坚韧的生物材料

时间:2023-07-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:事实上,科学家们在半个世纪前就发现:蜘蛛丝是最强的生物材料,它的强度和韧性都超过了合金钢。这是因为蜘蛛丝非常细,它的直径通常是几微米,只有一根头发丝直径的几十分之一。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。需经过约30秒,丝线中的水分挥发后,它便会留下韧性和弹性都很高的纤维。

蜘蛛丝:最坚韧的生物材料

前不久热映的电影复仇者联盟4:终局之战》,相信很多读者都看过了。那个靠着一束蜘蛛丝就能在摩天大楼之间飞檐走壁的蜘蛛侠又回来了。你也许会问,蜘蛛丝真的有这么神奇吗?事实上,科学家们在半个世纪前就发现:蜘蛛丝是最强的生物材料,它的强度和韧性都超过了合金钢。

但是,我们似乎感觉不出蜘蛛丝的强悍之处,轻轻一碰就可以破坏一张蜘蛛网。为什么我们的感觉与科学家的结论不一致呢?这是因为蜘蛛丝非常细,它的直径通常是几微米,只有一根头发丝直径的几十分之一。

这么细的蜘蛛丝为什么有媲美合金钢的强度和韧性呢?这是因为在蜘蛛丝中,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,因不同分子间的相互作用而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。需经过约30秒,丝线中的水分挥发后,它便会留下韧性和弹性都很高的纤维。(www.xing528.com)

这种纤维的抗拉强度为100~150兆帕,大约相当于天然蛛丝的十分之一,高于黏胶纤维和人造丝等部分合成纤维,以及人和动物毛发类天然纤维。此外,它还具有非常高的阻尼值,像蹦极绳一样吸收大量能量。这些属性使它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,也有可能会是尼龙之后的又一次服装面料革命。

嗯,永远撕不烂的衣服。你是不是也幻想有这样一件“战袍”呢?

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