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  劍橋大學研究團隊近日開發出制造具有超彈性和超高強度纖維材料的方法。這種纖維類似于微型蹦極索，由一種含水量達98% 的水凝膠材料脫水而成，能夠通過拉伸吸收大量的能量，且材料無毒，在室溫下可持續生產。

  這種新方法制造的蛛絲不僅比此前制造的各種人造蛛絲性能更好，而且在制造過程中不需要消耗大量的能量和有害溶劑。這種新的制造方法還可以推廣到其他合成纖維的制造過程中，使纖維制造依賴于有毒、高耗能方法的境況得到很大改觀。相關研究結果以Bioinspired supramolecular fibers drawn from a multiphase self-assembled hydrogel為題發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）期刊上。

  蜘蛛絲是自然界中最強韌的材料之一，各國科學家一直在試圖模仿其特性，并在不同程度上取得了成功。論文作者之一、劍橋大學建筑系達希爾·沙阿博士表示，“目前人類制造的蛛絲還無法做到與天然蛛絲一樣輕盈強韌。”

  劍橋大學設計的蛛絲纖維是由一種“水凝膠”糊狀材料“紡”制而來。這種水凝膠98% 的成分是水，其余2%則是由自然界天然存在的硅和纖維素制成，兩者通過分子“手銬”（被稱為瓜環）被鎖定在一起，形成納米籠狀超分子。由于不同官能團之間的共價鍵作用，超分子形成長鏈，凝膠中可抽取出超長的纖維，其直徑僅幾微米。纖維被抽取出來約30秒后，分子籠中的水分蒸發，僅剩下既有彈性又有高強度的纖維。

  Darshil U. Shah博士介紹稱，“我們制造的纖維抗拉強度約在100~150兆帕之間，雖然還不能和最強韌的蜘蛛絲相比，但這一強度與天然蠶絲及其他普通合成纖維相當。而且，我們的纖維是無毒的，制造過程中消耗的能量也很少。”

  這種纖維能夠在室溫下自組裝，通過超分子各組分間的共價鍵（相鄰原子共享電子）結合成鏈。論文第一作者、劍橋大學化學系博士生吳玉超表示，“這些纖維在不同尺度上存在不同的作用力，使超分子緊密結合在一起。”

  通過這種方法制造的人造蛛絲強度超過纖維素基粘膠及人造絲等合成纖維，以及人或動物毛發等天然纖維。

  除了具有高強度之外，這種人造纖維還具有很高的阻尼，這意味著它們可以像蹦極索一樣吸收大量的能量。研究人員發現，在某些情況下，這些人造纖維的阻尼甚至超過了天然絲綢。

  Darshil U. Shah表示，這種纖維制造方法可以替代目前多種人造纖維制造方法。研究人員計劃進一步探索纖維的化學特性，利用類似方法制造紗線和編織纖維。

  本項研究是劍橋大學化學系梅爾維爾高分子合成實驗室與建筑系國家材料創新中心協同創新的結果。這兩個機構都希望能從自然界的材料和制造過程中汲取靈感，在不同尺度和學科中借鑒自然界特殊的設計。

  本項研究獲得了英國工程與物理科學研究理事會（EPSRC）和利弗休姆信托基金的資助。

  論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2017/07/05/1705380114