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桑蚕吐出纳米碳掺杂蚕丝
给蚕宝宝喂食碳纳米管或者石墨烯会发生什么？
近日，清华大学的张莹莹（点击查看介绍）团队发展了一种直接饲喂法制备碳纳米材料增强蚕丝纤维的途径。天然蚕丝由于其柔软、强韧的力学性能享有“纤维皇后”的美誉，是人类迄今为止最为广泛研究和利用的天然蛋白纤维。而碳纳米管、石墨烯这类纳米碳材料由于其独特的结构及优良的力学性能，是出色的力学增强掺杂剂。为了获得纳米碳掺杂的蚕丝，作者给蚕宝宝（从三龄开始）持续喂食负载有单壁碳纳米管和石墨烯的桑叶，直至蚕吐丝结茧。对所获的蚕丝进行力学测试表明，蚕丝的延展性和抗拉强度较空白样品显著提高（强度、韧性分别提高了64%和113%）。
该项研究发现，给蚕喂食少量的碳纳米管或者石墨烯对蚕的生长和蚕茧的形貌没有明显影响；在蚕丝和蚕砂（蚕的排泄物）中均发现了碳纳米材料。作者认为，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β-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，如果纳米碳材料的含量过高，会造成结块等缺陷，使蚕丝的力学性能降低。作者进一步将获得的蚕丝进行高温碳化处理，发现由于碳纳米管、石墨烯的模板诱导作用，使蚕丝在碳化过程石墨化程度提高，且获得的碳化纤维电导率显著提高。该研究提供了一种操作简单、环境友好、可大规模制取力学增强的改性蚕丝的方法，在超强材料开发、新型纺织品、可穿戴器件等领域具有潜在的应有价值。
这一研究成果近期发表在《Nano Letters》上，文章的通讯作者是张莹莹，第一作者是清华大学博士研究生王琪。
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b03597
原文：Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers
Nano Lett., 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03597