蜘蛛丝+石墨烯=超强超韧纤维!_业内资讯_业界资讯__复合材料信息网

浏览: 作者: 时间:2021-04-06
导读:普通的蜘蛛丝是非常坚韧的,只要问问你友好的邻居蜘蛛侠就知道了。但是,科学家使用碳纳米管和石墨烯,可以使普通的蜘蛛丝变得更强韧。由意大利特伦托大学的Nicola Pugno教授带领的一个研究团队,成功地使蜘蛛吐出的蛛丝强度提升了3倍,韧性提升了10倍。该研究成果发表在了近期的《2D Materials》杂志上。
普通的蜘蛛丝是非常坚韧的,只要问问你友好的邻居蜘蛛侠就知道了。但是,科学家使用碳纳米管和石墨烯,可以使普通的蜘蛛丝变得更强韧。
  由意大利特伦托大学的Nicola Pugno教授带领的一个研究团队,成功地使蜘蛛吐出的蛛丝强度提升了3倍,韧性提升了10倍。该研究成果发表在了近期的《2D Materials》杂志上。该研究为一种新型的蛛丝 复合材料在多个领域的应用铺平了道路。
  蜘蛛丝的理化性质与蚕丝相比,具有非常明显的优势,在力学强度方面,蜘蛛丝纤维与强度最高的 碳纤维及高强合纤Aramid、Kelve,等强度相接近,但它的韧性明显优于上述几种纤维。因此,蜘蛛丝纤维在国防、军事(防弹衣)、建筑等领域具有广阔应用前景。Pugno教授说:“人类已经广泛使用蚕丝达数千年,但最近的研究大多集中在蜘蛛丝上,因为它具有非常卓越的机械性能,在拉伸强度、极限应变、特别是韧性方面,它是最好的纺丝聚合物纤维之一,即使与合成纤维如凯夫拉尔相比也毫不逊色。

  蛛丝是蜘蛛赖以为生的“法宝”。蜘蛛借助蛛丝捕捉猎物、储存食物和繁殖后代。蛛丝由蜘蛛腹部的丝腺分泌并形成。丝腺分泌一种胶状丝浆,而丝浆则在喷丝口与蛋白融合反应,形成蛛丝。

  “我们已经知道,在昆虫的蛋白质基质和硬组织中存在生物矿物质,所以其下颚,下颌骨和牙齿具有高强度和硬度,我们的研究关注是否可以通过人工地将各种不同的纳米材料加入蜘蛛的生物蛋白结构来增强蜘蛛丝。

  并且喂食石墨烯或碳纳米管的分散液,收集蜘蛛丝后,该团队测试了其拉伸强度和韧性。

  Pugno教授说:“我们测试发现,蜘蛛丝最强的丝线的断裂强度高达5.4 GPa,韧性模量高达每千克1570 J / g。相比之下,普通蜘蛛丝具有约1.5GPa的断裂强度和约150J / g的韧性模量。

  “这是迄今为止发现的韧性最好的纤维,并且具有与的碳纤维相当的强度。虽然这些研究仍然很早期,但我们的结果是一个概念的证明,为利用天然高效的蜘蛛纺丝工艺生产增强的仿生丝纤维铺平了道路,从而进一步改善了最有希望的强力材料之一。“”这些丝绸具有高韧性和耐极限应变,可以应用在降落伞等领域。“此外,增强物在生物结构材料中自然融合的这一过程也可以应用于其他动物。