通过蜘蛛制得增强蜘蛛丝

通过蜘蛛制得增强蜘蛛丝

意大利特伦托(Trento)大学的研究者们已掌握了通过蜘蛛制得力学性能更优异的蜘蛛丝的方法。

昆虫、蠕虫、蚂蚁和蜘蛛的蛋白质基体与体内组织会自然结合一些金属(如锌、锰及铜等)，使其牙齿、颌骨、下颌骨及产卵器等硬化，同时提高丝的韧性。因此，人工将金属甚至绝缘材料或半导体材料结合到这些蛋白质结构中，可用于制备增强基体。很多研究团队报道了通过多脉冲气相渗透法向蜘蛛丝的蛋白质结构中引入金属，可使其韧性模量从131 MPa增加到1.5 GPa。这些力学性能或电学性能增强的生物材料可能会创新应用于纺织服装和医学神经再生领域。也有关于用胺功能化的多壁碳纳米管涂覆在蜘蛛丝表面，或用碲化镉、磁石或金纳米颗粒等涂覆制备导电纤维，应用于荧光、磁学或电学等方面的报道。而在此之前，均未实现向蜘蛛丝内部蛋白质结构中引入这类材料。也有研究者将蜘蛛置于碳纳米管或石墨烯分散液中，直接由蜘蛛纺丝制备含碳纳米管或石墨烯的蜘蛛丝。

特伦托大学的研究者们发现，就断裂强度、杨氏模量和韧性模量等而言，与原蜘蛛丝相比，改性后蜘蛛丝的力学性能显著提高。经测试，其断裂强度高达5.4 GPa，杨氏模量达47.8 GPa，韧性模量高达2.1 GPa，为目前报道过的纤维韧性模量所能达到的最高值，即便是与当下韧性最大的编织纤维相比，也是如此。向蜘蛛丝内部蛋白质结构中引入材料后，蜘蛛能吐出韧性最大的纤维，并具有与碳纤维或帽贝齿相当的强度。通过盘结还可以进一步提高其韧性。蜘蛛在将石墨烯和碳纳米管纺成丝的同时，还可有效地将这些材料从其体内组织中消除。通过拉曼光谱可监测到蜘蛛丝中碳纳米管和石墨烯的存在。与合成的重组丝相比，蜘蛛天然且高效的吐丝可以收集形成更多的蜘蛛丝纤维，这也意味着可有效增强最合适的蜘蛛丝材料。

这种新的增强工艺也可应用于其他动物或植物上，从而得到一系列新的适用于最终应用的仿生材料。

陈书云 译王依民 校

图8　挤出机部分

系统可综合很长一段时间内收集的工艺数据。

历史加工信息被储存在工艺数据文件中，通过工艺数据、信息及用户档案形式综合归档数据和事件，以实现高性能。由于强大的压缩功能，记忆需求很低。在WinCC基础系统中，可以存储512个文档变量。WinCC中的趋势曲线和数据表可采用不同的方式导出，最简便的方式是使用Microsoft Excel。

基于对所有参数的持续监控，确保了较高的加工稳定性。通过多功能生产线MVS的远程维护模块，可以很容易地通知纺丝生产线上操作人员，确保纤维质量最佳化。

胡紫东 译王依民 校