劍橋發表新人造蜘絲:用 98% 的水份,做出吸 70% 衝擊力的強韌纖維!

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Photo Credit: University of Cambridge
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蜘蛛絲單位強度比鋼或防彈背心材質克維拉還堅固,延展性極高,是公認最強韌的自然界纖維之一,也因此幾十年來一直廣受材料科學家所痴迷。

這個月劍橋大學發佈了最新的人造蜘蛛絲技術,不僅耗能極低,不需使用有毒溶劑,而且在一般室溫下就能製造,是至今最環保的人造蛛絲。作為蛛絲原料的凝膠成分有 98% 是水,其餘 2% 是經過特殊處理的二氧化矽納米粒子和纖維素,並藉由瓜環(Cucurbiturils)方法結合,二氧化矽和纖維素聚合物之間沒有共價鍵,反而全都由非共價鍵組成,所以延展性極佳。而後再將其拉制成直徑只有幾微米的長絲。長絲約 30 秒後水分就會揮發掉,留下韌性和彈性都十分高的纖維。

蜘蛛絲本身是由各種蛋白質與脂類所組成的極複雜結構,複雜到科學家很難複製;而且雖然人造蜘蛛絲並不算新鮮事,每隔幾年就會有相關研究出現,瑞典、美國或德國的科學家們就都有找到改變蛋白質的方法,有人用大腸桿菌、酵母生產新型絲蛋白,產生出強度更佳的人造蜘蛛絲,但這些方法幾乎都要在高溫環境下輔以有機溶劑製造,而且在接下來的量產化階段都敗了陣下來。

劍橋大學發明的纖維抗拉度約為 100兆帕到150兆帕,雖然不是強度最強的人造蛛絲(約天然蛛絲十分之一,與許多現今合成和天然纖維相近),但它具有相當多優點,不僅成本低廉、耗能極低,阻尼性能佳可消散近 70%的衝擊力,甚至有優秀的生物相容性,意味著可以用於醫療縫合,他們自稱是相關研究至今最具規模生產潛力,甚至大幅翻轉目前紡織業的技術。

想看詳盡的研究成果,請見連結:http://www.pnas.org/content/early/2017/07/05/1705380114


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