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  眾所周知，蜘蛛絲具有非常優(yōu)異的機械性能，它表現(xiàn)出極高的抗拉強度（高達1.4 GPa），與高等級合金鋼相當（0.45-2 GPa），可以達到芳綸纖維， 如凱夫拉纖維的一半（3 GPa）。但金屬絲或凱夫拉纖維幾乎是不能拉伸的，而蜘蛛絲則可伸長到約40%，在高濕度環(huán)境下可伸長至5倍，且蜘蛛絲在伸長后幾乎不發(fā)生任何反彈。這使得這種纖維材料在拉伸過程中能夠大量吸收能量，其韌性平均為350 MJ/m³，比鋼或芳綸纖維高出幾個數(shù)量級。除了沒有反彈外，蜘蛛懸空時沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這意味著蜘蛛絲還可以吸收扭轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)能量。最后，蜘蛛絲在被拉長后，遇到濕氣或遇水時，會恢復到初始長度。這使它被來襲的獵物撞擊而拉長后，可以自動修復并重新使用。

  如何使用人工方法來制備蜘蛛絲？人們已經(jīng)嘗試用蠶絲蛋白來制作人工蜘蛛絲，并取得了一定的成功，但這種方法很難規(guī)模化放大。使用合成方法，制備能模仿蜘蛛絲的上述特性，仍然是一個難題。南開大學劉遵峰教授領(lǐng)導的一個研究團隊用一種非常簡單的方法，成功的使用水凝膠纖維制備出了人造蜘蛛絲，達到與天然蜘蛛絲幾乎相當?shù)牧W性能。11月22日，介紹該成果的論文在線發(fā)表于國際知名學術(shù)期刊《Nature Communications》上。

  水凝膠纖維由聚丙烯酸制成，聚丙烯酸具有核-鞘結(jié)構(gòu)，通過摻雜二價離子、并加捻獲得一定的捻度極大的增加了其強度。該纖維的拉伸強度可達895MPa、拉伸可達44.3%、模量高達28.7 GPa、韌性達到370 MJ m^-3，阻尼效率達到95%。

圖1. 水凝膠纖維呈現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)，通過摻雜離子和加入捻度，可大大提高其力學性能。a,水凝膠的兩步合成過程：乙烯基硅納米粒子的形成以及自由基聚合。b,制備單根水凝膠纖維的過程：將鋼棍浸入水凝膠中進行拉絲。c, 懸掛在天然蜘蛛絲上的Araneus diadematus蜘蛛。d, 水凝膠纖維在不同干燥時間下的激光共聚焦照片。e, 水凝膠纖維的核殼結(jié)構(gòu)模型。f-i, 水凝膠纖維未加捻(f)，加捻(g)，2股自平衡(h)，6股自平衡(i)的SEM照片。j,不同VSNP含量的水凝膠纖維的力學性能。k,不同加捻密度的力學性能。

  據(jù)了解，劉遵峰教授團隊一直致力于智能柔性材料，包括新型納米材料、先進碳復合材料、人工肌肉的制備與應用等方面研究。一個月前，該團隊在《科學》（Science）雜志刊文，報道了他們與美國德克薩斯州立大學達拉斯分校合作者研獲的一種柔性制冷新策略——“扭熱制冷”。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-13257-4