通過蜘蛛制得增強(qiáng)蜘蛛絲

通過蜘蛛制得增強(qiáng)蜘蛛絲

意大利特倫托(Trento)大學(xué)的研究者們已掌握了通過蜘蛛制得力學(xué)性能更優(yōu)異的蜘蛛絲的方法。

昆蟲、蠕蟲、螞蟻和蜘蛛的蛋白質(zhì)基體與體內(nèi)組織會(huì)自然結(jié)合一些金屬(如鋅、錳及銅等)，使其牙齒、頜骨、下頜骨及產(chǎn)卵器等硬化，同時(shí)提高絲的韌性。因此，人工將金屬甚至絕緣材料或半導(dǎo)體材料結(jié)合到這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，可用于制備增強(qiáng)基體。很多研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了通過多脈沖氣相滲透法向蜘蛛絲的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中引入金屬，可使其韌性模量從131 MPa增加到1.5 GPa。這些力學(xué)性能或電學(xué)性能增強(qiáng)的生物材料可能會(huì)創(chuàng)新應(yīng)用于紡織服裝和醫(yī)學(xué)神經(jīng)再生領(lǐng)域。也有關(guān)于用胺功能化的多壁碳納米管涂覆在蜘蛛絲表面，或用碲化鎘、磁石或金納米顆粒等涂覆制備導(dǎo)電纖維，應(yīng)用于熒光、磁學(xué)或電學(xué)等方面的報(bào)道。而在此之前，均未實(shí)現(xiàn)向蜘蛛絲內(nèi)部蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中引入這類材料。也有研究者將蜘蛛置于碳納米管或石墨烯分散液中，直接由蜘蛛紡絲制備含碳納米管或石墨烯的蜘蛛絲。

特倫托大學(xué)的研究者們發(fā)現(xiàn)，就斷裂強(qiáng)度、楊氏模量和韌性模量等而言，與原蜘蛛絲相比，改性后蜘蛛絲的力學(xué)性能顯著提高。經(jīng)測試，其斷裂強(qiáng)度高達(dá)5.4 GPa，楊氏模量達(dá)47.8 GPa，韌性模量高達(dá)2.1 GPa，為目前報(bào)道過的纖維韌性模量所能達(dá)到的最高值，即便是與當(dāng)下韌性最大的編織纖維相比，也是如此。向蜘蛛絲內(nèi)部蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中引入材料后，蜘蛛能吐出韌性最大的纖維，并具有與碳纖維或帽貝齒相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。通過盤結(jié)還可以進(jìn)一步提高其韌性。蜘蛛在將石墨烯和碳納米管紡成絲的同時(shí)，還可有效地將這些材料從其體內(nèi)組織中消除。通過拉曼光譜可監(jiān)測到蜘蛛絲中碳納米管和石墨烯的存在。與合成的重組絲相比，蜘蛛天然且高效的吐絲可以收集形成更多的蜘蛛絲纖維，這也意味著可有效增強(qiáng)最合適的蜘蛛絲材料。

這種新的增強(qiáng)工藝也可應(yīng)用于其他動(dòng)物或植物上，從而得到一系列新的適用于最終應(yīng)用的仿生材料。

陳書云 譯王依民 校

圖8　擠出機(jī)部分

系統(tǒng)可綜合很長一段時(shí)間內(nèi)收集的工藝數(shù)據(jù)。

歷史加工信息被儲(chǔ)存在工藝數(shù)據(jù)文件中，通過工藝數(shù)據(jù)、信息及用戶檔案形式綜合歸檔數(shù)據(jù)和事件，以實(shí)現(xiàn)高性能。由于強(qiáng)大的壓縮功能，記憶需求很低。在WinCC基礎(chǔ)系統(tǒng)中，可以存儲(chǔ)512個(gè)文檔變量。WinCC中的趨勢曲線和數(shù)據(jù)表可采用不同的方式導(dǎo)出，最簡便的方式是使用Microsoft Excel。

基于對所有參數(shù)的持續(xù)監(jiān)控，確保了較高的加工穩(wěn)定性。通過多功能生產(chǎn)線MVS的遠(yuǎn)程維護(hù)模塊，可以很容易地通知紡絲生產(chǎn)線上操作人員，確保纖維質(zhì)量最佳化。

胡紫東 譯王依民 校