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剑桥大学科学家从水中提取超级纤维材料,比人的头发还坚韧发布网站:整木图纸站,被浏览40

剑桥大学的科学家们最近研发出了一种新的超级纤维材料,非常柔软,几乎完全从“水”中提取,可用于制造织物、传感器以及其他物品。这种类似于微型蹦极绳的纤维能够吸收大量的能量,并且是可持续、无毒的,能够在室温下制造。

本项研究是由 Oren Scherman 教授领导的剑桥大学化学系 Melville 高分子合成实验室与由 Michael Ramage
博士领导的建筑系国家材料创新中心协同创新的结果。这两个机构都希望能从自然界的材料和制造过程中汲取灵感,借鉴自然界特殊的设计,将其应用到在不同领域和学科中。同时,研究还得到英国工程与物理科学研究理事会(EPSRC)和
Leverhulme Trust 信托基金的支持。

目前研究成果已经在《美国国家科学院学报( Proceedings of the National Academy of
Sciences)》上发表。由于这种新型材料制造过程不需要高能量程序和使用有害溶剂,这种制作方法不仅改进了早先制造合成蜘蛛丝的方法,同时也改进了制造其他合成纤维的方法。

该报告的联合作者—剑桥大学建筑系 Darshil Shah 博士说:“我们的研究还远远不够。”

蜘蛛丝是大自然中最强的材料之一,科学家一直试图研发“人造蜘蛛丝”,并取得了不同程度的进展。

这种由剑桥团队设计的新型超级纤维是由一种被称为“水凝胶”(水含量高达 98%,剩余
2%为二氧化硅和纤维素)的水性材料纺织而成,二氧化硅和纤维素以瓜环的形式结合在一起,不同成分之间的相互化学作用使得凝胶中能拉出纤维。

从水凝胶中被拉出的纤维非常长也非常细(直径为几百万分之一米),大约 30秒钟后,水分蒸发只剩下纤维,坚韧而有弹性。

Darshil Shah 介绍:“虽然我们的纤维并不像最强的蜘蛛丝那样强韧,但它们可以承受
100~150兆帕的压力,这与其他合成纤维和天然丝绸相似,但我们的纤维是无毒的,而且制造过程使用的能源更少。”

这种纤维能够在室温下自行组合成,通过超分子各组分间的共价键(相邻原子共享电子)结合成链。

报告论文第一作者、剑桥大学化学系博士生吴玉超表示:“这些纤维在不同范围内存在不同的作用力,使超分子紧密结合在一起。这种结构层次会形成复杂的组合属性。”

这种纤维的强度超过了纤维素类粘胶和人造丝等合成纤维,也超过了人或动物毛发等天然纤维。

除了具有高强度之外,这种人造纤维还具有很高的阻尼,这意味着它们可以吸收大量的能量。这种特性与蹦极绳很类似,很少有合成纤维具有这种特性,不过高阻尼是蜘蛛丝的特点之一。研究人员发现,在某些情况下,这些人造纤维的阻尼甚至超过了天然丝绸。

Darshil Shah
表示:“我们认为这种纤维的制造方法可以成为目前制造方法的可持续替代方案,研究人员会进一步探索纤维的化学成分,利用类似的方法制造纱线和编织纤维。”

来源:华丽志 文/宋凡夫

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