蠶絲一直是高檔服裝面料的原材料，也逐漸被應(yīng)用在生物工程、柔性傳感器、光學(xué)存儲(chǔ)、柔性電子器件和軟質(zhì)驅(qū)動(dòng)器等高新技術(shù)領(lǐng)域。然而，天然蠶絲不規(guī)則的形貌、結(jié)構(gòu)以及個(gè)體間的性能差異十分明顯，極大地限制了蠶絲在高新技術(shù)領(lǐng)域中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。為了改善蠶絲材料的形貌和性能，再生紡絲、添食改性、注射金屬離子、基因編輯以及人工強(qiáng)制抽絲等方法應(yīng)運(yùn)而生。其中，人工強(qiáng)制抽絲技術(shù)已被證明是獲得高性能蠶絲的理想方法，但如何緩解或消除抽絲過(guò)程中桑蠶的抵抗行為并獲得性能優(yōu)良的蠶絲仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
為解決這一問(wèn)題，浙江理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)了一種多模式、快速離心抽絲的方法，制備出了高強(qiáng)、高模、高韌蠶絲（CRS）。該方法的抽絲速度可達(dá)自然吐絲的6倍以上，收集的CRS具有優(yōu)異的斷裂強(qiáng)度，可媲美蜘蛛絲。
受蜘蛛懸空吐絲啟發(fā)的多模式離心抽絲策略啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了角度可調(diào)節(jié)的圓錐載體用于支撐蠶體，以在近似懸空狀態(tài)下對(duì)吐絲桑蠶進(jìn)行抽絲；同時(shí)利用桑蠶在自然結(jié)繭過(guò)程中的間歇性吐絲現(xiàn)象，進(jìn)行間斷式抽絲，即連續(xù)抽取一定時(shí)間后，停止抽絲操作，使桑蠶獲得充分的時(shí)間以適應(yīng)抽絲過(guò)程；最后，可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)圓錐載體和增加吐絲桑蠶的數(shù)量一步法制備蠶絲紗線（CRSY）。
研究發(fā)現(xiàn)，非頭端固定抽絲和間斷抽絲有利于緩解桑蠶在強(qiáng)制抽絲時(shí)的抵抗行為，采用間斷抽絲獲得的蠶絲在第一次斷裂時(shí)的長(zhǎng)度明顯長(zhǎng)于連續(xù)抽取收集的蠶絲，可作為量化桑蠶抵抗行為的重要指標(biāo)。
研究人員對(duì)比了CRS與繭絲（CS）、頭部固定強(qiáng)拉伸絲、蜘蛛絲、棉以及羊毛的斷裂強(qiáng)度、韌度和楊氏模量。結(jié)果表明，與繭絲相比，CRS的斷裂伸長(zhǎng)提升約50%，斷裂強(qiáng)力提升約5%~15%，韌度為（121.07±35.31）MJ/m3，楊氏模量為（27.72±12.61）GPa；其最大斷裂強(qiáng)度可達(dá)1.45GPa，是天然繭絲的3倍。繼續(xù)增加吐絲桑蠶數(shù)量，當(dāng)圓錐載體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)從蠶絲到紗線的一步制備，當(dāng)出現(xiàn)斷絲或者蠶不再吐絲時(shí)，通過(guò)捻搓的形式補(bǔ)添吐絲桑蠶，實(shí)現(xiàn)蠶絲紗線的連續(xù)制備。
除優(yōu)良的力學(xué)性能外，CRS還具有快速扭轉(zhuǎn)恢復(fù)性能，且多次循環(huán)后仍能保持良好的恢復(fù)效果，是優(yōu)秀的微驅(qū)動(dòng)器材料?；贑RSY的氣動(dòng)軟質(zhì)驅(qū)動(dòng)器可以執(zhí)行預(yù)設(shè)的動(dòng)作，包括收縮、伸長(zhǎng)和彎曲，且能夠承擔(dān)極高的載荷，充分展示了CRSY在人工肌肉、軟質(zhì)驅(qū)動(dòng)器及軟體機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
相關(guān)成果以“High-performance artificially reeled silkworm silk via a multi-task and high-efficiency centrifugal reeling technique and its application in soft actuators”為題發(fā)表在《Materials Horizons》上。
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