给蚕宝宝喂食石墨烯或者单壁碳纳米管后吐出蚕丝可用于可穿戴设备.doc

《给蚕宝宝喂食石墨烯或者单壁碳纳米管后吐出蚕丝可用于可穿戴设备.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、给蚕宝宝喂食石墨烯或者单壁碳纳米管后吐出蚕丝可用于可穿戴设备　　给蚕宝宝喂食石墨烯或者单壁碳纳米管后，其吐出的蚕丝韧性增加了一倍，碳化蚕丝的电导率高出10倍。这种“超强”蚕丝可应用在耐久防护织物、可生物降解的医学植入物及环保型可穿戴电子设备中。每个爱自然的孩子，可能都有过养蚕的经历。嫩绿的桑叶，白胖的蚕宝宝，结在扫把上花生大小的蚕茧，成为了儿时记忆里快乐的片段。最近，一则来自《科学美国人》杂志网站的报道，让蚕宝宝成为了话题的“主角”。　　给蚕宝宝喂食石墨烯或者单壁碳纳米管后吐出蚕丝可用于可穿戴设备　　给蚕宝宝喂食石墨烯或者单壁碳纳米管后，其吐出的蚕丝韧性增加了一倍，碳化蚕丝的电导率高出10

2、倍。这种“超强”蚕丝可应用在耐久防护织物、可生物降解的医学植入物及环保型可穿戴电子设备中。每个爱自然的孩子，可能都有过养蚕的经历。嫩绿的桑叶，白胖的蚕宝宝，结在扫把上花生大小的蚕茧，成为了儿时记忆里快乐的片段。最近，一则来自《科学美国人》杂志网站的报道，让蚕宝宝成为了话题的“主角”。　　　　　　图为实验过程示意图。科研人员将含有碳纳米管或者石墨烯的水溶液喷涂在桑叶上，用于喂食蚕虫，最终得到复合了碳纳米管或者石墨烯的蚕茧。　　报道称，清华大学研究人员给蚕宝宝喂食石墨烯或者单壁碳纳米管后，其吐出的蚕丝更加结实强韧。这种含有碳纳米材料的蚕丝可应用在耐久防护织物、可生物降解的医学植入物及环保型可穿

3、戴电子设备中。　　被高科技“加持”的蚕宝宝吐出的“超强”蚕丝，或许只有蜘蛛侠喷射的蛛丝能媲美。那么，好奇心带来了一串问题：加了石墨烯的桑叶，蚕宝宝们吃得惯吗？“超强”蚕丝有多强？用它做成的可穿戴电子设备啥时候面世？　　误打误撞的“超强”蚕丝发现之旅　　碳纳米管或石墨烯，听上去都不像是正经食物。怎么会想起给蚕宝宝喂食一些和桑叶八竿子打不着的东西呢？清华大学化学系副教授张莹莹介绍，这并非她所在团队的“首创”，为了让蚕丝“天生”不一样，韩国科学家、中国的科学家，此前都曾开展过类似实验。　　研发适用于可穿戴电子设备的材料，丝绸作为一种亲肤的天然材料，是做可穿戴电子设备的首选。作为可穿戴电子设备的材

4、料，不仅对强度、韧性有要求，同时还要具备导电的性能。而蚕丝本身是不导电的，需要通过简单高温热处理将它转化为高导电性的碳化丝绸。　　然而，在高温碳化的过程里，丝绸会变硬发脆，柔韧性有所降低。能不能通过给蚕喂食导电物质，让它吐出的丝自带导电功能呢？试着给蚕幼虫所食桑叶中喷淋了含有碳纳米管或石墨烯的水溶液，然后在幼虫吐丝结茧后收集蚕丝。　　考虑到蚕宝宝的口味和肠胃适应能力，做了2种配方，分别是浓度为1.0%和0.2%的水溶液，从蚕的三龄一直添加到五龄阶段。如同人的年龄一样，蚕的生长也有蚕龄，第一次蜕皮称一龄，以此类推，到五龄后，蚕就进入结茧阶段。　　浓度1.0%的水溶液或许是太重口味了，被喂食此

5、浓度溶液的蚕宝宝会有一部分不幸早夭。但令团队成员欣慰的是，喂食浓度0.2%溶液的蚕宝宝长得又白又胖，看不出来有任何不适。经过20来天的精心喂养，终于结出了圆润的茧子。　　很快，“开奖”的时候到了。令人沮丧的是，收集到的蚕丝并没有自带导电功能。然而，惊喜在后头。研究人员发现，它抵抗外力破坏的韧性增加了一倍，承受的应力高出至少50%。　　既然不能导电，还是免不了要碳化。研究团队将这种丝在惰性气体中加热到1050摄氏度，研究碳化后的蚕丝的电导率和微观结构。这种碳化蚕丝比普通碳化蚕丝的电导率高出10倍左右，并且拉曼光谱和电子显微镜成像表明，含有碳纳米材料的碳化蚕丝的石墨化程度更高。　　“通俗一点来

6、说，我们得到的天然蚕丝尽管不能导电，但是它的强度和韧性确显著提高了。而且碳化后的导电性能要优于普通蚕丝碳化后的表现。”张莹莹解释道。期待多学科交叉探明内在机理　　为什么吃了碳纳米管和石墨烯的蚕，会吐出不一样的丝呢？吃进去的配方溶液在蚕体内是如何吸收转化的？溶液的浓度和丝的力学性能是怎样的对应关系？　　对此，他们的研究表明，较低浓度的碳纳米管或者石墨烯可阻止在蚕丝成型过程中丝素蛋白分子中的无规线团结构向-折叠结构的转化，从而使所获得蚕丝具有更高的延展性及韧性。但是，如果碳纳米材料的含量过高，会造成结块等缺陷，使蚕丝的力学性能降低，用1.0%浓度所得到的蚕丝的力学性能比普通蚕丝有下降。　　碳纳

7、米管和石墨烯在蚕体内的转移是一个很复杂的生理过程，具体的机制和影响因素我们还不清楚，希望有生物学背景的团队能参与进来，帮助揭开谜底，在未来能做出力学和导电性能俱佳的天然蚕丝。　　事实上，受实验条件限制。一方面，养蚕是一个比较繁琐耗时的过程，另外，北方气温相对太低，一年里大部分时间不太适宜蚕的生存。　　在第一轮实验中，我们只进行了两种浓度溶液的喂养实验，未来还需要做更多的尝试，寻找更佳的浓度值，以获得具有更好的力学性能的蚕