一种模拟脱氧核糖核酸与蜘蛛丝双螺旋结构原理、强度超过钢铁且重量更轻的超高强度连续纤维已被开发出来。预计这一纤维今后有望应用于航空航天和防护等领域。
韩国研究财团26日表示，汉阳大学有机纳米工学科 Han Taehee、Wi Jeongjae 教授与檀国大学融合材料专业 Eom Wonsik 教授联合研究团队，利用一种在水中可自发形成双螺旋结构的特殊高分子材料，成功在实验室中再现了自然界纤维的设计原理。
联合研究团队关注到一种在水体系环境中可像脱氧核糖核酸一样自发形成扭曲结构的芳香族芳纶类高分子“PBDT”，据此设计出一套可将分子层级有序结构完美传递至宏观纱线形态的“四阶段层级化制造工艺”。
PBDT 是一种在水体系环境中可形成与脱氧核糖核酸相似的双螺旋型超分子结构的芳香族特殊高分子。利用该材料构建的四阶段工艺包括：▲将分子沿同一方向排列的“定向” ▲通过加入离子将结构“束缚” ▲提高定向度的“拉伸” ▲通过水体系扭转消除内部空隙的“压缩”等步骤。
尤其是将绳索搓拧原理加以应用的扭转工序，使纱线内部结构更加致密，从而提升载荷传递效率。该过程是一种将分子自发形成的纳米级有序结构一直保留到最终连续纤维结构的制造策略，在这一点上具有差异化优势。
经过四阶段工艺制备出的纱线，拉伸强度达到1.2GPa，杨氏模量（刚性）达到103GPa。与既有薄膜形态材料相比，强度提升5.8倍，刚性提升6.3倍。与钢铁相比，其强度提高2倍以上，而重量仅为钢铁的1/4，颇具关注价值。举例而言，研究团队开发的纱线在相同重量条件下，能够承受的力是钢丝的8倍以上。
此次研究不仅着眼于提升材料性能，还具备可按数公里规模连续生产的可扩展性，有望将实验室成果真正衔接到实际产业现场，这一点也赋予其重要意义。
更为重要的是，该工艺以水为基础、无需有毒溶剂，属于环保型工艺；同时，该高性能材料在特定条件下可以解构并重新构筑结构，具备可再加工与可回收利用的特点，这些都凸显了其差异性。
Han 教授表示：“本次研究的核心在于，将脱氧核糖核酸和蜘蛛丝所具有的精巧结构特性实现为工业用纱线形式。由于兼具高性能、高生产性和环保性，未来有望发展为航空航天、半导体、防护等尖端产业的下一代平台。”
另一方面，本研究是在科学技术信息通信部与韩国研究财团推进的纳米与材料技术开发项目资助下完成的。研究成果已于前一日（25日）发表于国际学术期刊《Advanced Materials》线上版。
版权所有 © 阿视亚经济 (www.asiae.co.kr)。 未经许可不得转载。
