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研究人員讓蠶寶寶吃下奈米碳管和石墨烯,結果牠們居然吐出超神奇的「超級蠶絲」!

早在公元前2700年,中國就出現了養蠶抽絲,紡織絲綢的技術。養蠶並不難,很多人小時候都有過這樣的經歷。不過隨著時代的發展,普通的蠶絲也成為科學家們研究的對象。他們希望通過現代科技,賦予蠶絲更特別的能力,將它變成一種更先進的材料。

 

▼中國北京清華大學的張瑩瑩副教授多年來一直率領團隊研究「低維奈米碳材料的可控製備、性能調控與應用探索」。他們希望能夠製作出柔軟的電子器具,並讓這些器具擁有感測環境或是傳輸能源的功能。

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想要找到符合要求的材料並不容易,蠶絲就是其中之一。不過普通的蠶絲顯然不能滿足他們的需求,所以他們想要做一些改進,讓原本就很強韌的蠶絲變得更加強韌。

 

▼​改造蠶絲最簡單的方法,就是在上面直接添加化學物質。張瑩瑩的團隊之前也這樣做過,這次他們使用了更具有挑戰性的方法,那就是讓蠶直接吃下「奈米碳管」和「石墨烯」,從根本上改變蠶絲的分子結構。

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事實證明,他們的嘗試沒有錯。研究人員將 0.2% 的奈米碳管或石墨烯溶液噴在桑葉上,讓蠶吃下,等蠶化繭後抽絲。這樣得到的蠶絲韌性是普通蠶絲的兩倍,可以在斷裂之前承受多以往 50% 以上的應力。

 

▼​研究人員還將這些蠶絲加熱至1050℃使其碳化,研究它的導電性和結構,最後發現這種絲果然能夠導電。根據拉曼光譜和電子顯微鏡成像更顯示,這些蠶絲具有更有序的晶體結構。

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其實在此之前,中國上海東華大學的兩位研究人員也曾做過類似的實驗,都得到了更加強韌的蠶絲。不過因為研究的方向不同,張瑩瑩團隊的研究顯然更加深入。這些蠶絲可以嵌入在智慧型紡織品中,作為傳感器和讀取神經訊號,還可以有更廣闊的用途。

 

▼​強韌的蠶絲聽起來很棒,但其中還存在一些問題。研究人員還不知道蠶到底是如何將奈米材料納入絲裡,到底納入的百分比是多少,又有多少經由排泄或代謝流失。他們觀察了線的橫截面,沒有在裡面發現碳材料,不知道這是不是奈米顆粒含量低導致的。

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想要徹底了解這種「碳增強絲」,研究人員還需要與生物學家合作,共同努力。這種餵蠶直接吃下奈米碳管和石墨烯的技術值得推廣,因為如果在已經紡絲的絲上加工,需要使用有毒的化學溶劑。新的餵養法對環境更友好。現在你想好要給蠶吃什麼了嗎?

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