納米纖維的自然之路

2021-02-15 材料人

自然界給予了我們很多關於先進材料和結構的靈感,生物仿生學也力圖以人工合成的形式複製自然物的功能和外形。即便是常見的事物,其複雜程度往往也是很驚人的。這在牛津大學研究人員關於害蟲的研究發現中可以得到證實。

你最後一次意外地碰到蜘蛛網的時候,肯定知曉了它有多強、有多粘。這種材料已經引起了科學家的持續關注,並且激發了先進纖維材料的發展。而英國的本土品種——「多毛蟱蛛」,又名為「帶有羽毛腿的花邊織匠」又將其完全提升至另一個境界,納米級別。

據牛津大學新聞報的文章報導,蜘蛛可以創造出納米級別的綢狀細絲。大部分蜘蛛織網都是微米級別的纖維絲,這就已經很細了。但納米級別細絲的產生著實是一個驚喜的發現。

並不僅僅是蛛絲的尺寸。研究還發現,蛛網很「幹」,並不是塗滿用於捕獲無知獵物的膠黏劑。蜘蛛以靜電的方式將其蛛網的細絲充電。


牛津大學生物學系的Fritz Vollrath和研究蜘蛛的一位學者描述的上述過程,「蛛絲的繃帶有上千根細絲組成並凸顯成栓,這些繃帶主動地被蜘蛛挑選出來,並用後肢上的專用體毛將其固定在捕獵的關鍵纖維上。」

當蜘蛛在納米纖維聚集處拖曳爬行時,靜電荷累積並沿著蛛網結構會產生間隙性的「喘息」效應。微小的纖維為粘性提供了足夠的範德瓦爾斯力。

這個操作的中心的複雜結構也是令人嘆為觀止:有兩個紡織平面藏在生產綢絲的微小噴嘴裡。這些噴嘴的尖端只有500nm長,50nm寬。


研究人員希望可以運用他們對蜘蛛紡織技術的了解,提高合成纖維的生產。Vollrath教授如是說,「如果我們可以複製電紡納米纖維的靈巧詭計,我們便可以為一項高度通用且高度有效的新型複合物生產技術鋪平道路。」

本文由材料人網編譯團隊北京分組劉偉翻譯,周魯軍校對,智嵩審核,文博提供素材。

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