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具備蜘蛛網(wǎng)集水功能的纖維
掛滿露珠的蜘蛛網(wǎng)美得像幅畫,或許使受到這個美麗的畫面的啟發(fā),中國科學家模仿蜘蛛網(wǎng)的結構特性,
創(chuàng)造出能像蜘蛛網(wǎng)般有效捕捉及操控水氣的工業(yè)用纖維。
江雷(Lei Jiang)及其研究夥伴首先觀察蜘蛛網(wǎng)的細部構造,找出蜘蛛絲與大氣中的水氣相互作用的方法。
他們發(fā)現(xiàn)常見的無毒草間蜘蛛(Uloborus walckenaerius),是利用蛛網(wǎng)受潮時形成的結點網(wǎng)絡(network of knot)構造,在濕度較高的環(huán)境中捕捉水氣。
根據(jù)他們的研究,這種集水能力取決于潮濕環(huán)境讓蜘蛛絲產(chǎn)生的結構變化,
遍佈蛛網(wǎng)上的週期性紡錘結(spindle knot)能產(chǎn)生能量與壓力的梯度,導致水氣凝結成一串串的小水珠,小水珠稍后被輸送到紡錘結上,匯聚成100 μm的大水滴。
當水氣在特定位置凝結后,該處的蛛絲就會蓬松形成結。掃瞄式電子
顯微鏡(SEM)的觀察顯示,
在這些位置上,構成蛛絲的奈米纖維不再整齊排列,而是朝向任意方向。研究團隊根據(jù)這個知識,
利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)來複制蜘蛛絲纖維結構,原因是該材料對于水分子具極佳結合力
,他們對這種纖維進行微調(diào),以便能在溫度與濕度經(jīng)常改變的現(xiàn)實工業(yè)環(huán)境下運作,結果成功開發(fā)出能與蛛絲一樣夠捕捉及傳輸水滴的纖維。
研究人員并不清楚為何蜘蛛要演化出這項能力,他們推測可能是為了方便飲水,
或是恢復蜘蛛網(wǎng)的強度與黏性以捕捉獵物。該研究團隊打算制備一系列可調(diào)控水分的材料,以應用在不同方面,
其中一種應用是透過微結構效應發(fā)展智慧型觸媒材料,在無觸媒的條件下加速反應。
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