科技大片中,“蜘蛛俠”能夠穿梭于摩天大廈之間或緩慢降至地面而毫發(fā)無損,全憑雙腕噴射的“蜘蛛絲”。如今,這一科學想象有望走進現(xiàn)實。南開大學劉遵峰教授團隊使用水凝膠纖維成功制備出了新型超強韌“人造蜘蛛絲”,該纖維強度高、慢回彈、可重復伸縮,未來或將用于高空緩降等多領域。
眾所周知,自然界中的蜘蛛絲具有極高的抗拉強度(高達1.4GPa),可以達到芳綸強度的一半。而且與普通的金屬絲或芳綸相比,蜘蛛絲可伸長約40% ,在高濕度環(huán)境下可伸長5倍,且伸長后幾乎不反彈。除此之外,人們幾乎看不到蜘蛛懸空身體旋轉,這意味著蜘蛛絲還可以吸收扭轉的能量。
基于此,該研究團隊制備了一種人工合成水凝膠纖維材料。據(jù)介紹,該水凝膠纖維由聚丙烯酸制成,具有核殼結構,通過摻雜二價離子、加捻等方式增加了其強度,既兼具蜘蛛絲的優(yōu)良性能,又可以實現(xiàn)量產。
最終,該纖維的拉伸強度可達895MPa、伸長率可達44.3%、模量高達28.7GPa,阻尼效率達到 95%,具有良好的減震效果。
使用“人造蜘蛛絲”制成的“球拍”,在金屬重物下墜時,起到了很好的緩沖效果。同時,在濕度增加的條件下,可緩慢恢復原狀。
這一新材料的成功制備為紡織材料的應用擴展了新領域:當高層建筑發(fā)生火災等緊急情況時,人們可以使用“人造蜘蛛絲”制成的繩索實現(xiàn)緩降自救。該繩索可以承受人體重量,緩慢拉伸且不會回彈。