蜘蛛丝的强度是在循环中

科学家发现隐居蜘蛛蛛网中的显微超结构这为坚韧的新材料提供了蓝图。

乍一看，有毒但胆小的智利隐士蜘蛛(Loxosceles laeta)似乎在织网时高度混乱。穿过它的巢穴，它把成团的丝堆成凌乱的蛛网。看起来更近。工作由汉斯·Schniepp位于美国弗吉尼亚州的威廉玛丽学院，与Fritz Vollrath英国牛津大学的一项研究表明，蜘蛛精心设计了它的吐丝器，将丝缝成数千微米大小的环。当绷紧时，线圈依次打开，显示螺纹中的隐藏长度，消耗能量并防止断裂。

Schniepp解释说，这种增韧策略取决于材料的形态。隐士蜘蛛的丝线是带状的，允许高链与链的接触和强度在环关节-每一个在打开之前承受大量的应力。缎带也很灵活，由于它的薄，这避免了应力集中在纤维上，因为它打开。

在解开蜘蛛的策略后，在数学模型的帮助下，施尼普的团队受到启发，在宏观尺度上构建了自己的带状环增韧超材料。施尼普说:“我们的图纸里有一些胶带，所以我们只是在上面做了一个环，很快就发现材料的韧性提高了30%。”他解释说，循环越多，收益就越大。该团队的模型预测，通过添加足够多的环，某些类型的纤维会变得1000%坚硬。“仅仅通过添加这些循环，你就真的改变了材料的特性，超越了它的特性。”

这具有广泛的影响。蜘蛛丝的重量已经是钢铁的五倍，当它被缠绕时，会变得更加坚硬。施尼普举了另一个例子，他解释说，本质上很坚固但很脆的碳纤维会变成伪韧性，如果做成环状，就不太容易发生灾难性的故障。弗拉基米尔•Tsukruk美国佐治亚理工学院的生物材料专家，从蜘蛛的策略中获得了进一步的灵感:“达到的韧性水平是惊人的，但更重要的是能够在很大程度上拉伸纤维结构而不破坏它(通过解开隐藏的长度)。”这种极端的可拉伸性可以在制造用于可穿戴设备或保护的新型轻质生物材料方面发挥重要作用。”

Schniepp承认这些潜在的应用可能很难实现，因为在形成、操作和粘合带状纤维方面存在挑战。然而，研究小组希望他们的发现将为新一代坚韧的超材料指明道路，所有材料都有一条共同的主线:致命但鼓舞人心的蜘蛛丝。