南开团队成功制备出“人造蜘蛛丝”,有望为3D打印材料打开新

时间:2019-11-29 15:50 作者:管理员

        近日《中国青年报》等媒体报道我国南开大学药物化学生物学国家重点实验室、药学院、功能高分子教育部重点实验室刘遵峰教授研究团队使用水凝胶纤维等成功制备出了有着超强强度和韧性的“人造蜘蛛丝”,介绍该成果的论文已在线发表于国际知名学术期刊《自然-通讯》上。他们创新使用水凝胶纤维成功制备出了新型超强韧“人造蜘蛛丝”,它强度高、慢回弹、可重复伸缩,未来或将用于高空缓降等多领域。
        自然界中的蜘蛛丝具有强大的机械性能,它表现出极高的抗拉强度,与高等级合金钢相当。美国著名分子生物学家詹迪·吉姆斯比喻说,假如能制造出一根铅笔粗的蛛丝,它就能够勾住在航空母舰上降落的战斗机,是同样粗细的合金钢缆强度的六倍。
       刘遵峰团队在文章中称,目前人们已经通过蛋白纤维、超分子水凝胶纤维、碳纳米管复合纤维等各种方式成功地复制或是部分复制蜘蛛丝的机械性能,但通过不基于蛋白的方法制备人造蜘蛛丝仍然很困难。
        此前人造蜘蛛丝大多是基于蛋白的方法制备,而刘遵峰认为,蜘蛛丝作为一种天然的水凝胶纤维,它的形成可能跟水密切相关。从这个角度出发,经过反复试验,刘遵峰团队采用了一种非常简单的方法,成功使用水凝胶纤维制备出了“人造蜘蛛丝”。刘遵峰介绍,水凝胶纤维由聚丙烯酸制成,聚丙烯酸具有核—鞘结构,通过掺杂二价离子并加捻,获得一定的黏度,极大地增加了其强度。这种新材料达到与天然蜘蛛丝几乎相当的力学性能。
        此前,美国Spidey Tek(泰克)公司表示,他们发现蜘蛛蛋白制成的蜘蛛纤维抗拉强度高达4万兆帕,是天然蜘蛛丝的10倍,更是碳纤维的100倍!这种新材料的研获不仅在高空救援方面有重要意义,而且未来它极有可能取代许多现有的材料,比如钢、铝、或碳纤维。另外,这种人造蜘蛛纤维还有一个妙用,就是能通过与3D打印材料混合提高其机械性能,而且适用范围还很广,这有望为3D打印材料打开一扇新的大门。而3D材料在军事上一直具有重要的战略意义。
        根据央视报道,早在2017年,国产战斗机歼-11在优化过程中就采用了当时最新的3D打印材料。不仅如此,在中国战斗机的制造中,新型3D打印材料早已经开始大量应用,作为新质战斗力的歼10C、歼16和歼20,它们身上应用的复合材料的比例更大。之前就有相关报道称,歼31、歼20都大量采用了3D增材技术,在大大减轻了重量的同时,还能让战机结构更加牢固,飞机过载的时候更安全。这种超强韧人造蜘蛛丝未来在3D复合打印材料上的应用,不仅能让战机结构件更加轻质和牢固,同时还大大减少了浪费,制造成本进一步降低,未来在增强我国军事实力,提升军备性能方面具有重要意义。