中国科学家新发现:蓖麻油能做防弹衣!

看过电影《蜘蛛侠》的朋友,一定记得那忽长忽短、坚韧无比的蜘蛛丝吧?正是凭借这神奇无比的蜘蛛丝,蜘蛛侠才能上蹿下跳、腾跃自如。

蜘蛛侠和他的神器——蜘蛛丝。

在学术界,蜘蛛侠的独门神器有个专门术语——超强弹性体。所谓超强弹性体,是一种抗拉强度接近于金属、同时具有较大延展性和回弹性的特殊材料,可用于防弹衣、宇航服等特种纺织材料。目前,国内外市场上超强弹性体的主要原料,是用石油提炼的石油基高分子。

那么,除了石油基高分子,还有没有其他原料可以制作超强弹性体?我国科学家的一个最新发现令人脑洞大开:蓖麻油。 

蓖麻油。安徽农业大学提供

这还真不是忽悠。来自安徽农业大学生物质分子工程中心的汪钟凯教授团队,以蓖麻油为原材料,制备了一种抗拉强度超过200兆帕的超强荧光弹性体,相关论文发表在日前出版的国际学术期刊《自然·通讯》上。 

汪钟凯团队用蓖麻油制备的超强弹体。安徽农业大学提供

“蜘蛛丝的确是天然的超强弹性体,其拉伸强度超乎一般人的想象。”汪钟凯教授告诉记者,此前的研究表明,蜘蛛丝的力学拉伸强度非常大,其中有一种叫“十字园蛛”的蜘蛛吐的丝,其拉伸强度最大可达到800兆帕。

“800兆帕是什么概念?这相当于用一根铅笔粗细的十字园蜘蛛丝,就可以停住一架正在降落中的波音747飞机。飞机重量为180000 kg(公斤),降落时的飞行速度在80 m/s(米/秒)左右,蜘蛛丝的超强超弹性能,可以想见。”

蜘蛛丝的拉伸强度为何如此强大?汪钟凯说,蜘蛛丝内部有刚性的纳米晶体和弹性的蛋白,纳米晶体沿轴向均匀分布。这种刚性和弹性的完美结合,赋予了蜘蛛丝超强超弹性能。“因此,这一研究方向得到全球科研工作者的广泛关注。”

受蜘蛛丝超强超弹性能的启发,汪钟凯团队在植物油脂高分子合成的研究中发现了一种新路径,能够将蓖麻油转化为一系列高纯度的单体。“我们通过对单体的聚合,形成模仿蛋白的聚合物分子;之后,再进一步精确调节这些聚合物的分子组成,获得了纳米晶体的特殊结构。”汪钟凯介绍说,最后该团队通过循环拉伸处理,使这种特殊的纳米晶体实现了类似于蜘蛛丝的取向结构,最终获得抗拉强度超过200兆帕的超强荧光弹性体——能像一些天然蛋白那样发荧光的超强弹性体。 

汪钟凯教授(左一)和同事在做实验。安徽农业大学提供

据了解,目前国内外一般弹性体的强度在几十兆帕。因此,汪钟凯团队的这一成果堪称突破,为进一步挑战蜘蛛丝仿生材料这一世界性课题提供了新思路。

“尽管此前的研究表明,植物油、松香、松脂、木质素、纤维素 等生物质资源能够被转化为高分子材料,但其成本、性能还不能与石油基高分子材料媲美。”汪钟凯说,“在我们目前的实验条件下,每100公斤蓖麻油可制备26公斤弹性体材料。”

蓖麻油的市场价为普通食用油价格的2倍左右,目前我国一年的蓖麻油产量约为5万吨。如果汪钟凯团队的成果能顺利转化,无疑将有效加快廉价农林生物质资源转化为高分子新材料的步伐。如能实现产业化,将有助于帮助人们摆脱对石化资源的依赖。

“该项成果已经获得国家发明专利授权。当然,我们目前的成果还处在实验室阶段,距离产业化还有相当距离。”汪钟凯说,“今后我们计划开发第二代和第三代产品,最终让它像真正的蜘蛛丝一样强大,成为制备超强弹体的廉价原料。”

【编辑:符樱】

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