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新的永續性材料模仿蜘蛛絲的物性

2017/07/27
英國的研究人員已經開發出號稱可模仿蜘蛛絲具超級彈性、強力和永續品質的材料,所紡出的材質含水量達98%  – 這材料可以用於製造紡織品。
 
據劍橋大學的建築師和化學家團隊指出,該種纖維類似於微型鬆緊帶,因為它們可以吸收大量的能量,是永續的、無毒的,可以在室溫下製成。
 
據說這個研發改進了其他製造合成蜘蛛絲的方法,因為它不需要高能量工序或大量使用有害溶劑。科學家說,它可以大大改善研發各種合成纖維的過程,而不必依靠高能量,或有毒的方法。
 
蜘蛛絲是大自然中最強韌的材料之一,但到目前為止,為了一系列應用而模擬其屬性的嘗試已經取得不同程度的成功。
 
由劍橋團隊設計的纖維是由一種稱為水凝膠的水性材料“紡”成,該材料含有98%的水分,其餘的2%是二氧化矽和纖維素,都是天然可得的材料,透過被稱為葫蘆素的桶形分子“扣鎖”在網絡中鏈結在一起。
 
該研究團隊表示,不同組成分子之間的化學相互作用將長纖維從凝膠中拉出,形成長且非常細的線 - 直徑幾百萬分之一米。大約30秒鐘後,水分蒸發,留下的纖維既堅固又有彈性。
 
劍橋建築系的Darshil Shah博士解釋說:「雖然我們的纖維並不像最強的蜘蛛絲那樣堅韌,但它們可以支持100到150 megapascals的壓力,這與其他合成和天然絲綢相似。但我們的纖維是無毒的,而且能源密集度要低得多」。
 
「當你審視這些纖維,你可以看到一系列不同的力把它們在不同尺度上放在一起,就像一個層次結構,導致一個複雜的屬性組合。纖維的強度超過其它合成纖維,例如纖維素類粘液纖維和人造絲,以及天然纖維如人或動物毛。」,劍橋團隊化學系博士生Yuchao Wu指出。
 
團隊指出,除了其強度之外,纖維還顯示具有非常高的阻尼能力,這意味著它們可以吸收大量的能量,類似於鬆緊帶。 有很少的合成纖維具有這種能力,但高阻尼是蜘蛛絲的特徵之一。 研究人員發現,在某些情況下,阻尼能力甚至超過天然絲綢的阻尼能力。
 
Shah說:「我們認為這種製造纖維的方法可為現有製造方法的永續替代品」。
展望未來,研究人員計劃進一步探索纖維的化學成分,包括製造紗線和混紡合捻纖維。
 

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