成果简介
天然蚕丝具有良好的强度、模量、韧性和生物相容性，已被广泛应用于纺织和医疗行业。然而，蚕丝的强度不如蜘蛛丝，蜘蛛丝是强度最高的天然蚕丝，但产量极低。本文，北京石墨烯研究院Muqiang Jian等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Superstrong and tough silk fibers cross-linked with functionalized graphene”的论文，研究开发了一种可行的策略，通过重建分层和交联结构来连续生产超强韧再生丝纤维（RSFs）。我们引入胺功能化石墨烯（NH2-G）来提高β片的含量和结晶取向，并用戊二醛（GA）将NH2-G和蚕丝/纳米纤维（SNFs）连接起来，形成高度互联和紧密排列的网络，从而显著改善了机械性能。所制备的纤维具有出色的拉伸强度（1029.6 ± 144.8 MPa）、杨氏模量（16.8 ± 1.5 GPa）和韧性（277.4 ± 17.0 MJ/m3），超过了天然蚕丝、蜘蛛丝和之前报道的大多数其他再生蚕丝纤维。我们相信，高性能蚕丝基纤维在轻质和先进结构材料领域具有广阔的应用前景。
图文导读
图1.GA-G/RSF的制造和机械性能。
图2. RSF 的形态、微观结构和机械性能。
图3. NH2-G 的表征以及 G/RSFs 和 GA-G/RSFs 的力学性能。
图4. 纺丝后纤维的微观结构分析
小结
总之，我们报告了一种通过湿法纺丝工艺连续制备超强韧性 GA-G/RSFs 的简便而高效的策略。有效的拉伸与 NH2-G 的引入相结合，促进了二级结构从无规线圈/α-螺旋向 β-片状的转变，并改善了纤维的结晶取向。此外，GA 在 SNFs 和 NH2-G 之间的长距离交联使纤维具有高度相互连接和紧密排列的网络，从而进一步提高了纺成纤维的机械性能。所获得的纤维显示出令人惊叹的拉伸强度（1029.6 ± 144.8 MPa）和出色的韧性（277.4 ± 17.0 MJ/m3），远高于天然蚕丝和之前报道的大多数其他再生丝纤维。这种方法为大规模生产超强纤维开辟了一条前景广阔的途径，使获得的纤维能够应用于轻质和先进的结构材料。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119227
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