@ 2016.08.10 , 14:00

蜘蛛丝竟然具有半导体特性

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我们已经知道蜘蛛丝是一种很棒的材料,但科学家们仍发现了它新的潜在应用价值。一支国际研究小组发现,蜘蛛丝的某些特性与半导体类似,除了可以用来操纵某些电子元件,还可以用来控制声音和热量。

《自然》杂志上发表的一篇论文中阐述了蜘蛛丝可以根据频率阻挡某些声音粒子(叫做“声子”),正如半导体可以控制屏蔽某些电子一样。论文的合著者来自莱斯大学的Edwin Thomas在一份声明中说道:“如果你以一种特定的频率传播声音的话,那这种声音不会被材料吸收。”

能隙让科学家能够根据材料的这种特性对其进行调整使它应该用在某种特殊的应用中。光子晶体,如蛋白石,正是如此。而声子晶体也能做同样的事,但是这是人们第一次在这种材料中发现能隙。

蜘蛛丝和橡胶一样在力的相互作用基础上拥有强大的弹力。这就是为什么有许多根据这种特性发明了许多合成材料,例如凯夫拉纤维和尼龙。此外,蜘蛛丝有粘性(能抓住毫无戒心的猎物),还有天然抗菌性、低敏性和可生物降解性。

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蜘蛛丝这些惊人的特性来自于其复杂的结构。一层坚硬的组织将这些丝组合在一起,柔软的区域使其保持灵活性,在这些区域中蜘蛛丝能够进行伸展。在蜘蛛丝的蛋白质中有两种氨基酸比较丰富,其中一种为丙氨酸,镶嵌在胶状聚合物中组成蜘蛛丝纤维,还有一种氨基酸为甘氨酸,大约占其蛋白质组成成分的70%。这两种氨基酸中有一种拥有高度有序的结构而另一种则没有。有序与无序之间的张力让蜘蛛丝拥有了强大的张力。

当蜘蛛网被破坏或猎物被困在其中时,蜘蛛能感觉到,这是通过蜘蛛网的震动,就像声音通过空气的震动传播一样。显然,这两种震动的频率不同,因为蜘蛛丝和空气的阻尼不同。

当Thomas等人研究了蜘蛛丝的微观结构后发现,拉伸或者放松蛋白质链会改变材料的声学特性。他们还能够通过改变丝纤维的张力进而改变蜘蛛丝的能隙。通过扭转蜘蛛丝还能使它获得热特性。

Thomas解释道:“声子晶体让你能够拥有控制声波的能力,如果声音足够小频率足够高就会产生热。通过这种方式产生热流动,这就意味着你将一种非热绝缘材料转化成了热绝缘材料。”

如果科学家能够复制出使蜘蛛丝变得如此特殊的晶体结构,那么就能开发出一种新的合成导管,或者可以用再有趣地方的材料,如用来隔绝声音或绝热。

本文译自 gizmodo,由译者 island 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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