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多所高校联合研发出一种高强、高韧人造蜘蛛丝
发布日期:2023-06-28 浏览次数:444

     随着纤维材料应用场景的不断拓宽,对高性能纤维材料的需求日益增加,尤其是兼具高力学强度和高韧性的纤维。提升纤维强度的方式通常采用分子链的轴向取向增加纤维内部的结晶程度。但是,分子链的轴向取向会导致纤维强度的增加和韧性的降低。因此,实现高强度和高韧性的关键点是在实现高强度的同时增加延伸性,但目前,相关方面的研究仍然是一项挑战。

     近日,南开大学刘遵峰团队、中国药科大学周湘团队联合东华大学朱美芳团队报道了一种具有弯曲的鞘芯结构的人造蜘蛛丝,其机械强度和韧性分别达到1.61GPa和466MJ/m3

     相关研究是通过采用一种由环状分子与线性聚合物组成的机械互锁超分子(聚轮烷,PR)交联剂的水凝胶纤维的循环拉伸-释放训练而实现的。其中PR水凝胶中的环糊精在纤维拉伸过程中增加了聚合物链的排列,然后在随后的纤维松弛过程中折叠成一个横相堆叠的结构。环糊精作为可移动的滑轮来承受更高的应力,作为动态交联来增加聚合物链的延伸,并提高纤维的耐水性。通过进行9次拉伸-释放循环,形成这种屈曲的鞘-芯结构。



     这种具有屈曲的鞘-芯结构的纤维比消除屈曲后同一纤维的强度和韧性高出了1.44倍和1.60倍,断裂强度和韧度超过了天然蛛丝。此外,该人造蜘蛛丝在湿度刺激下表现出优异的超收缩行为,具有1.89 kJ/kg的做功能力,82%的致动应变,以及22MPa的致动应力。





     这种通过分子排列设计人造蜘蛛丝,实现高度排列的聚合物链的折叠和屈曲与纤维驱动相结合,可应用于许多领域,如光学、电学和磁学设备,以及与高度坚固的光纤、传感器、能量采集器和人机界面有关的领域。相关工作以 “Artificial Spider Silk with Buckled Sheath by Nano-Pulley Combing”为题发表在Advanced Materials上。


(来源:纺织导报官微)

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