仿蛛絲結構超韌纖維問世 強度比鋼高出5至10倍

據最新一期《先進材料》雜志報道，加拿大研究人員從蜘蛛絲直接獲取靈感，研制出一種超韌聚合物纖維。

蜘蛛絲的直徑雖然只有3到8微米，但強度卻比鋼還要高出5至10倍。蛛絲質量很輕，卻具有非凡的延伸性和抗拉伸力。蛛絲超強的韌性源于其蛋白質鏈的特殊分子結構。

蒙特利爾理工學院機械工程系高瑟琳教授表示，蛛絲蛋白圈本身就像一個彈簧，每個彈簧圈之間以化學鏈相連。一旦主分子結構鏈被破壞，化學鏈就會斷裂。想要通過拉伸破壞蛛絲蛋白質，就需要展開彈簧，并且逐個打破彈簧圈之間的連接，這個過程會消耗大量的能量。

此項新研究涉及制造出具有類蛛絲特性的微米級微結構纖維。研究人員稱，將絲的黏性聚合物溶液倒入以一定速率移動的子層，就可構建出一種不穩定結構，并形成一系列的絲圈，這一過程類似于將蜂蜜倒在一片烤面包上。不穩定性由流體運動方式形成，纖維提供了一種特殊的幾何結構。研究人員將由此形成的這種規則周期模式稱為不穩定模式。

隨著溶劑的蒸發，這種纖維就凝固成型。當這些絲狀物質形成絲圈并相互結合時，其中的結合鍵就會具備不穩定模式。對制成的纖維施以強力拉伸后，就可打破結合鍵，這一過程就如同蛛絲的創建一般。

研究人員稱，該項目旨在了解不穩定結構如何影響絲圈的幾何特性。未來由堅韌纖維編織而成的復合材料將可用以制造更加安全和輕便，甚至在爆炸時都不會碎片化的飛機引擎。同時，這種材料也可擴展到手術設備、防彈衣、汽車零件等其他應用中。(記者馮衛東）