通過蜘蛛制得增強蜘蛛絲

意大利特倫托(Trento)大學的研究者們已掌握了通過蜘蛛制得力學性能更優(yōu)異的蜘蛛絲的方法。

昆蟲、蠕蟲、螞蟻和蜘蛛的蛋白質(zhì)基體與體內(nèi)組織會自然結(jié)合一些金屬(如鋅、錳及銅等)，使其牙齒、頜骨、下頜骨及產(chǎn)卵器等硬化，同時提高絲的韌性。因此，人工將金屬甚至絕緣材料或半導體材料結(jié)合到這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，可用于制備增強基體。很多研究團隊報道了通過多脈沖氣相滲透法向蜘蛛絲的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中引入金屬，可使其韌性模量從131 MPa增加到1.5 GPa。這些力學性能或電學性能增強的生物材料可能會創(chuàng)新應(yīng)用于紡織服裝和醫(yī)學神經(jīng)再生領(lǐng)域。也有關(guān)于用胺功能化的多壁碳納米管涂覆在蜘蛛絲表面，或用碲化鎘、磁石或金納米顆粒等涂覆制備導電纖維，應(yīng)用于熒光、磁學或電學等方面的報道。而在此之前，均未實現(xiàn)向蜘蛛絲內(nèi)部蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中引入這類材料。也有研究者將蜘蛛置于碳納米管或石墨烯分散液中，直接由蜘蛛紡絲制備含碳納米管或石墨烯的蜘蛛絲。

特倫托大學的研究者們發(fā)現(xiàn)，就斷裂強度、楊氏模量和韌性模量等而言，與原蜘蛛絲相比，改性后蜘蛛絲的力學性能顯著提高。經(jīng)測試，其斷裂強度高達5.4 GPa，楊氏模量達47.8 GPa，韌性模量高達2.1 GPa，為目前報道過的纖維韌性模量所能達到的最高值，即便是與當下韌性最大的編織纖維相比，也是如此。向蜘蛛絲內(nèi)部蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中引入材料后，蜘蛛能吐出韌性最大的纖維，并具有與碳纖維或帽貝齒相當?shù)膹姸?。通過盤結(jié)還可以進一步提高其韌性。蜘蛛在將石墨烯和碳納米管紡成絲的同時，還可有效地將這些材料從其體內(nèi)組織中消除。通過拉曼光譜可監(jiān)測到蜘蛛絲中碳納米管和石墨烯的存在。與合成的重組絲相比，蜘蛛天然且高效的吐絲可以收集形成更多的蜘蛛絲纖維，這也意味著可有效增強最合適的蜘蛛絲材料。

這種新的增強工藝也可應(yīng)用于其他動物或植物上，從而得到一系列新的適用于最終應(yīng)用的仿生材料。

陳書云 譯王依民 校

圖8　擠出機部分

系統(tǒng)可綜合很長一段時間內(nèi)收集的工藝數(shù)據(jù)。

歷史加工信息被儲存在工藝數(shù)據(jù)文件中，通過工藝數(shù)據(jù)、信息及用戶檔案形式綜合歸檔數(shù)據(jù)和事件，以實現(xiàn)高性能。由于強大的壓縮功能，記憶需求很低。在WinCC基礎(chǔ)系統(tǒng)中，可以存儲512個文檔變量。WinCC中的趨勢曲線和數(shù)據(jù)表可采用不同的方式導出，最簡便的方式是使用Microsoft Excel。

基于對所有參數(shù)的持續(xù)監(jiān)控，確保了較高的加工穩(wěn)定性。通過多功能生產(chǎn)線MVS的遠程維護模塊，可以很容易地通知紡絲生產(chǎn)線上操作人員，確保纖維質(zhì)量最佳化。

胡紫東 譯王依民 校