高强度、慢回弹“人造蜘蛛丝”助力高空缓降
科技大片中,“蜘蛛侠”能够穿梭于摩天大厦之间或缓慢降至地面而毫发无损,全凭双腕喷射的“蜘蛛丝”。如今,这一科学想象有望走进现实。南开大学刘遵峰教授团队使用水凝胶纤维成功制备出了新型超强韧“人造蜘蛛丝”,该纤维强度高、慢回弹、可重复伸缩,未来或将用于高空缓降等多领域。
众所周知,自然界中的蜘蛛丝具有极高的抗拉强度(高达1.4GPa),可以达到芳纶强度的一半。而且与普通的金属丝或芳纶相比,蜘蛛丝可伸长约40%,在高湿度环境下可伸长5倍,且伸长后几乎不反弹。除此之外,人们几乎看不到蜘蛛悬空身体旋转,这意味着蜘蛛丝还可以吸收扭转的能量。
基于此,该研究团队制备了一种人工合成水凝胶纤维材料。据介绍,该水凝胶纤维由聚丙烯酸制成,具有核壳结构,通过掺杂二价离子、加捻等方式增加了其强度,既兼具蜘蛛丝的优良性能,又可以实现量产。
最终,该纤维的拉伸强度可达895MPa、伸长率可达44.3%、模量高达28.7GPa,阻尼效率达到95%,具有良好的减震效果。
使用“人造蜘蛛丝”制成的“球拍”,在金属重物下坠时,起到了很好的缓冲效果。同时,在湿度增加的条件下,可缓慢恢复原状。
这一新材料的成功制备为纺织材料的应用扩展了新领域:当高层建筑发生火灾等紧急情况时,人们可以使用“人造蜘蛛丝”制成的绳索实现缓降自救。该绳索可以承受人体重量,缓慢拉伸且不会回弹。
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