||
蜘蛛丝具有高的拉伸强度和高的延展性,使其成为最强韧的材料之一。研究发现,蜘蛛丝是由b-sheet[由poly-(Gly-Ala)和poly-Ala domains构成]和非晶相构成,如上图所示。其中b-sheet间由氢键结合。我们都知道,氢键是弱化学键,可以通过较小的应力就可使其断裂,那么为什么蜘蛛丝还有如此强的强度呢?最近,MIT的研究人员发现[Nature Materials 9, 359-367 (2010)],原来是b-sheet处于纳米尺度,这使得蜘蛛丝在应力作用下有独特的变形方式,使其克服了氢键的弱点。他们的研究结果得出:“through nanoconfinement, a combination of uniform shear deformation that makes most efficient use of hydrogen bonds and the emergence of dissipative molecular stick-slip deformation leads to significantly enhanced mechanical properties.”
最神奇的莫过于大自然的“造物作用”。目前,最好的材料都是大自然的作品。人们要想制造出“超级”材料,还得必须勤奋地向大自然学习。生物材料都是“超级复合材料”,就拿上面的蜘蛛丝来说,从成分上可分为有机-无机复合;从结构上可分为晶态-非晶态复合;从结构单元的尺度可分为微米-纳米复合。和生物材料相比,目前的复合材料只是把不同材料简单拼凑在一块,并没有使它们有机地结合,产生协同左右来产生最佳性能。当然,制造出如此优异的材料还有许多的问题需要解决:1. 详细理解生物材料的结构及这些结构如何产生协同作用;2. 如何采用有效的方式来制备出这么复杂的结构。
人们追究不会战胜大自然,但是会利用大自然制造出为我所需的材料。
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-9-28 06:34
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社