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金属渗透的蜘蛛丝具有增强的韧性

时间:2021-05-14 11:17:06 | 来源:

使用这种蜘蛛丝,蜘蛛侠肯定会让事情变得更轻松-例如,如果他必须以每小时100公里的速度停下一辆逃生汽车。假设它已经由马克斯·普朗克微结构物理研究所的一组研究人员进行了处理,那么一条5毫米厚的螺纹就可以在20米的距离内完成这项工作。相同的任务将需要一根未经处理的蜘蛛丝的手指粗线和一根像前臂一样粗的钢棒。马克斯·普朗克(Max Planck)的科学家通过渗透金属离子来增强天然材料。也许还可以通过这种方式来增强其他天然

和合成纤维。即使与ISS空间站的电梯无关,NASA在其梦想工厂中追求的愿景是拉动电梯的钢缆在帝国大厦规模的摩天大楼中,它必须承担的重量几乎等于实际电梯舱中的重量。建筑物越高,电缆越粗,越重。这种材料的强度可以与马克斯·普朗克微结构物理研究所生产的浸有金属离子的蜘蛛丝一样强。

经过金属离子处理的蜘蛛丝不会在巨大的张力下断裂,这只是它所提供的优势之一:马克斯·普朗克研究所所长马托·克内兹说:“它的膨胀能力是天然蜘蛛丝的两倍。”由于经过处理的材料可以承受高水平的张力和应变,因此在破裂之前,其吸收的能量是天然材料的十倍。因此,它特别适用于全速制动或自由下落制动,例如在登山者的情况下。

具有这种特性的材料还可以用于飞机和车辆的结构或航天技术中,通常用于需要轻质,坚固和柔性材料的任何应用中。“我们的工作有望在实际应用中发挥巨大潜力,因为使用我们的方法可以使许多其他生物材料具有更强的抗断裂性和延展性,” Mato Knez解释说。

但是,有一个重要的前提条件:天然材料必须包含蛋白质作为其主要成分。例如,Knez和他的同事已经使用金属渗透工艺来增强由构成人体骨骼和皮肤的蛋白质胶原蛋白制成的纤维。

正如研究人员所发现的那样,只有在金属离子可以渗透到纤维中时,才能对蜘蛛丝和其他蛋白质纤维进行强化处理。为此,他们采用了原子层沉积(ALD)技术。该方法通常用于通过将金属氧化物的层快速暴露于水蒸气和包含金属和有机附件的挥发性化合物中而在材料表面上沉积金属氧化物的层。多达几百个这样的气体脉冲流入材料中,并在其上涂覆或多或少厚的氧化物层。Mato Knez解释说:“由于每个脉冲仅持续几分之一秒,因此金属不会穿透材料。”“因此,我们对设备进行了调整,以便可以将单个脉冲延长到长达40秒的持续时间。”

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