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1、聚合物纤维在低温下会脆化，蚕丝却能够承受零下200 度！展开全文研究人员最初的 发现似乎是自相矛盾的，因为大多数其他聚合物纤维在寒冷 中都会脆化。但经过多年的研究，研究人员发现蚕丝的低温 韧性是基于其纳米级的纤维。亚微观秩序和层次使丝绸能够 承受零下200摄氏度的温度，甚至可能更低，这将使这些经 典的天然奢侈纤维，是成为在寒冷外层空间深处应用的理想 选择。这个跨学科团队研究了几种动物丝的行为和功能，这 些动物丝被冷却到-196C的液氮温度。这些纤维包括蜘蛛丝，但研究集中在野生家蚕柞蚕(Antheraea Pernyi)的较厚和更多商业纤维上。现在表在材料化学前沿 期刊上发表的研究中，该团队不仅
2、能够证明“那个”，而且能 够证明“如何”在大多数材料变得非常脆的情况下，丝绸会增 加其韧性。事实上，丝绸似乎与聚合物科学的基本理解相矛 盾，因为在真正寒冷的条件下，通过变得更坚固和更具伸缩 性，丝绸不仅不会失去质量，反而会获得质量。这项研究研 究了“如何”并解释了“为什么”。事实证明，潜在过程依赖于许多纳米大小的原纤维，这些纤 维构成了丝绸纤维的核心。与传统聚合物理论相一致，这项 研究表明，随着温度的降低，单个原纤维确实会变得更硬。这项研究的新颖性和重要性在于得出这样的结论：这种硬化 导致摩擦力增加。这种摩擦反过来又增加了裂纹能量的转 移，同时也抵抗了原纤维的滑移。温度的变化也会调节单个 丝蛋
3、白分子之间的吸引力，进而影响每个由数千个分子组成 的纤维核心特性。重要的是，该研究能够在微米和纳米级别上描述增韧过程。 该团队的结论是：任何撕裂材料的裂缝在每次撞击纳米纤维 时都会被转移，迫使它在不得不需要在许多弯路中失去更多 能量。因此，丝绸纤维只有在成百上千的纳米原纤维首先拉 伸，然后滑动，然后所有的纳米原纤维都单独断裂时才会断 裂。这一发现正在突破边界，因为它在概念上困难和技术上 具有挑战性的领域中研究了一种材料，不仅跨越了微米和纳 米尺度，而且还必须在远低于任何深冰柜的温度下进行研 究。所研究的鳞片尺寸范围从纤维的微米尺寸到长丝束的亚微 米尺寸，再到原纤维的纳米尺度，最后但并非最不重要
4、的是 超分子结构和单分子水平。在尖端科学和未来应用的背景 下，值得记住的是，丝绸不仅是100%的生物纤维，而且是 具有数千年研发历史的农产品。这项研究似乎具有深远的意 义，因为它提出了一系列新的丝绸应用，从在地球两极地区 使用的新材料，到在海峡和中观球体飞行的轻型飞机和风筝 的新型复合材料，甚至可能是机器人蜘蛛织成的巨型网，以 捕获太空中垃圾。牛津大学动物系的Fritz Vollrath教授说：预计这项研究将导 致设计和制造新的坚韧结构长丝和复合材料家族，使用天然 和丝绸长丝在太空等极端寒冷的条件下应用。来自上海复旦 大学大分子科学系的邵正中教授说：我们的结论是，蚕丝纤 维在低温下的优异机械韧
5、性来自其高度取向和取向，相对独 立和可延伸的纳米原纤维形态。北京航空航天大学的JuanGuan博士说：这项研究为我们对天然高性能材料的结构，性 能关系的理解提供了新见解，希望这能促使制造出适用于低 温和高冲击应用的人造聚合物和复合材料。谢菲尔德大学的克里斯霍兰德博士表示：天然丝绸继续证明 自己是纤维生产的黄金标准材料。霍兰德博士是全欧洲研究 联盟(Research Consortium)的领导者，该联盟基于对天然丝绸 纺纱的洞察力，致力于研究新颖、可持续的生物纤维。这项 研究表明，丝绸成功的秘诀不仅在于化学，还在于丝绸是如 何纺成的，因此，丝绸的结构也是如此。这项研究的下一步 将进一步测试这些惊人的特性，正在探索纺丝蛋白蜘蛛的方 法，并专注于复制捆绑原纤维的亚微米结构。博科园1研究/来自：牛津大学博科园|科学、科技、科研、科普关注【博科园】看更多大美宇宙科学哦
