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　　隨著纖維材料應(yīng)用場景的不斷拓寬，對高性能纖維材料的需求日益增加，尤其是兼具高力學(xué)強度和高韌性的纖維。提升纖維強度的方式通常采用分子鏈的軸向取向增加纖維內(nèi)部的結(jié)晶程度。但是，分子鏈的軸向取向會導(dǎo)致纖維強度的增加和韌性的降低。因此，實現(xiàn)高強度和高韌性的關(guān)鍵點是在實現(xiàn)高強度的同時增加延伸性，但目前，相關(guān)方面的研究仍然是一項挑戰(zhàn)。

　　近日，南開大學(xué)劉遵峰團隊、中國藥科大學(xué)周湘團隊聯(lián)合東華大學(xué)朱美芳團隊報道了一種具有彎曲的鞘芯結(jié)構(gòu)的人造蜘蛛絲，其機械強度和韌性分別達(dá)到1.61GPa和466MJ/m3。

　　相關(guān)研究是通過采用一種由環(huán)狀分子與線性聚合物組成的機械互鎖超分子(聚輪烷，PR)交聯(lián)劑的水凝膠纖維的循環(huán)拉伸-釋放訓(xùn)練而實現(xiàn)的。其中PR水凝膠中的環(huán)糊精在纖維拉伸過程中增加了聚合物鏈的排列，然后在隨后的纖維松弛過程中折疊成一個橫相堆疊的結(jié)構(gòu)。環(huán)糊精作為可移動的滑輪來承受更高的應(yīng)力，作為動態(tài)交聯(lián)來增加聚合物鏈的延伸，并提高纖維的耐水性。通過進(jìn)行9次拉伸-釋放循環(huán)，形成這種屈曲的鞘-芯結(jié)構(gòu)。

　　這種具有屈曲的鞘-芯結(jié)構(gòu)的纖維比消除屈曲后同一纖維的強度和韌性高出了1.44倍和1.60倍，斷裂強度和韌度超過了天然蛛絲。此外，該人造蜘蛛絲在濕度刺激下表現(xiàn)出優(yōu)異的超收縮行為，具有1.89 kJ/kg的做功能力，82%的致動應(yīng)變，以及22MPa的致動應(yīng)力。

　　這種通過分子排列設(shè)計人造蜘蛛絲，實現(xiàn)高度排列的聚合物鏈的折疊和屈曲與纖維驅(qū)動相結(jié)合，可應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)設(shè)備，以及與高度堅固的光纖、傳感器、能量采集器和人機界面有關(guān)的領(lǐng)域。相關(guān)工作以“Artificial Spider Silk with Buckled Sheath by Nano-Pulley Combing”為題發(fā)表在Advanced Materials上。