研究人员最初的发现似乎是自相矛盾的，因为大多数其他聚合物纤维在寒冷中都会脆化。但经过多年的研究，研究人员发现蚕丝的低温韧性是基于其纳米级的纤维。亚微观秩序和层次使丝绸能够承受零下200摄氏度的温度，甚至可能更低，这将使这些经典的天然奢侈纤维，是成为在寒冷外层空间深处应用的理想选择。这个跨学科团队研究了几种动物丝的行为和功能，这些动物丝被冷却到-196℃的液氮温度。
这些纤维包括蜘蛛丝，但研究集中在野生家蚕柞蚕(Antheraea Pernyi)的较厚和更多商业纤维上。现在表在《材料化学前沿》期刊上发表的研究中，该团队不仅能够证明“那个”，而且能够证明“如何”在大多数材料变得非常脆的情况下，丝绸会增加其韧性。事实上，丝绸似乎与聚合物科学的基本理解相矛盾，因为在真正寒冷的条件下，通过变得更坚固和更具伸缩性，丝绸不仅不会失去质量，反而会获得质量。这项研究研究了“如何”并解释了“为什么”。
事实证明，潜在过程依赖于许多纳米大小的原纤维，这些纤维构成了丝绸纤维的核心。与传统聚合物理论相一致，这项研究表明，随着温度的降低，单个原纤维确实会变得更硬。这项研究的新颖性和重要性在于得出这样的结论：这种硬化导致摩擦力增加。这种摩擦反过来又增加了裂纹能量的转移，同时也抵抗了原纤维的滑移。温度的变化也会调节单个丝蛋白分子之间的吸引力，进而影响每个由数千个分子组成的纤维核心特性。
重要的是，该研究能够在微米和纳米级别上描述增韧过程。该团队的结论是：任何撕裂材料的裂缝在每次撞击纳米纤维时都会被转移，迫使它在不得不需要在许多弯路中失去更多能量。因此，丝绸纤维只有在成百上千的纳米原纤维首先拉伸，然后滑动，然后所有的纳米原纤维都单独断裂时才会断裂。这一发现正在突破边界，因为它在概念上困难和技术上具有挑战性的领域中研究了一种材料，不仅跨越了微米和纳米尺度，而且还必须在远低于任何深冰柜的温度下进行研究。
所研究的鳞片尺寸范围从纤维的微米尺寸到长丝束的亚微米尺寸，再到原纤维的纳米尺度，最后但并非最不重要的是超分子结构和单分子水平。在尖端科学和未来应用的背景下，值得记住的是，丝绸不仅是100%的生物纤维，而且是具有数千年研发历史的农产品。这项研究似乎具有深远的意义，因为它提出了一系列新的丝绸应用，从在地球两极地区使用的新材料，到在海峡和中观球体飞行的轻型飞机和风筝的新型复合材料，甚至可能是机器人蜘蛛织成的巨型网，以捕获太空中垃圾。
博科园｜研究/来自：牛津大学
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