石墨烯超級蠶絲
桑蠶進食加上納米碳材料的桑葉後,能吐出超級蠶絲 (圖:Wiki Commons)

絲綢,這種迷人且強韌的布料,歷史可以追溯到五千年前,是古中國的特產之一。但科學家最近卻發現了一個新方法,能令這傳統材料變得更加強韌,甚至能夠導電,震驚物料科學界。

研究中,研究員為桑蠶喂食了石墨烯及奈米碳管,成功讓蠶蟲吐出極其強韌的「超級蠶絲」。這種經加強的蠶絲,可用於製造耐用防護布料、可降解的醫療植入物以及可穿戴的電子設備。

簡單且環保

過去,科學家曾試驗在蠶絲中加入染料、抗菌劑、導電高分子及納米粒,嘗試以添加劑改善製成品。但由於過程繁複,需要在處理蠶絲後,以化學溶劑溶解納米材料,然後再次浸泡絲線,所以並未被廣泛使用。

但清華大學的張瑩瑩及她的研究隊伍,則研究在桑蠶進食的桑葉上,按重量噴灑 0.2% 的奈米碳管或石墨烯溶液,餵食桑蠶,最後像生產正常蠶絲一樣蒐集蠶繭。她發現,直接向蠶蟲餵食奈米碳管和石墨烯,比以添加劑處理絲線更簡單、更環保,而且效果極高。

經碳增強的蠶絲比普通蠶絲強韌兩倍,可以承受比普通蠶絲高 50% 的壓力,更可導電。拉曼光譜和電子顯微鏡成像顯示,納米材料令蠶絲纖維的晶體結構變得更有秩序。

普通
加入納米碳管(中)及石墨烯(右)的蠶絲比普通蠶絲(左)的晶體結構更有秩序(圖:Nano Lett.)

 

超級蠶絲的未來

科學家目前仍有很多疑問,例如桑蠶究竟如何在蠶絲中加入納米材料,以及究竟有多少納米材料被桑蠶用作製絲,而不是被排出體外或是經代謝消失。張瑩瑩說,這些問題也許需由生物學家解答。

東華大學的高分子化學家沈青於 2014 年曾發表相似的研究,用 30 納米寬的多壁奈米碳管,同樣增加蠶絲纖維的強度和韌性。但張瑩瑩說本次研究所用的 1 至 2 納米寬的單壁納米管「更適合加入蠶絲蛋白的晶體結構」。

同樣曾研究超級蠶絲的東華大學物料科學家張耀鵬表示:「這項研究為我們提供了一個新方法,簡單地量產高強度蠶絲纖維,而超級蠶絲的導電性或許能用於智能紡織品中,製造傳感器讀取神經訊號。」

參考資料:

  1. Qi Wang et al, Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers, Nano Letters, 2016
You May Also Like

減緩疼痛不必再依賴藥物?科學家用修改基因技術來幫助病患

基因編輯技術的發展 根據外媒Gizmodo的報導,美國加州大學聖地亞哥分校的一組研究人員想出了一種可…

最新研究發現頭髮變白是可逆性的,它可以恢復成原來的顏色!

壓力消除後頭髮可以恢復成原來的顏色 應該有不少人會聽過頭髮一夜變白的傳言,儘管這個謠言是錯誤的(也就…

金星上發現的磷化氫被推估是來自厭氧生物

磷化氫不能保證金星上存在生命 早期的科學家常常認為金星上有生命存在,在天文學和通俗文化中,金星總是以…

實驗證實患有「心盲症」的人不會出現恐懼的感受

無法想像就不會有恐懼的感覺 3月10號發表在《英國皇家學會學報》(Proceedings of Th…

日本隼鳥 2 號探測機器人成功登陸小行星

日本宇宙航空研究開發機構(Japan Aerospace Exploration Agency, J…

人工智慧在太空中發現到1200多處從未被科學家發現過的時空扭曲

作為「透鏡」的重力場 科學家們最近發現了1210個新的可能的重力透鏡效應(gravitational…