勝過蜘蛛絲:結草蟲絲可實現強導電纖維

2021/11/08
日本筑波大學的研究人員使用來自結草蟲的天然絲和合成導電聚合物,開發出一種堅固、柔韌的強大導電纖維,也預示了柔性電子材料的未來。

日本筑波大學的研究人員使用來自結草蟲(bagworm)的天然絲和合成導電聚合物,開發出一種堅固、柔韌的強大導電纖維,也預示了柔性電子材料的未來。

 認為蜘蛛絲很結實?最近的研究說明,結草蟲的絲在強度和柔韌性方面都優於蜘蛛絲。基於這些發現,筑波大學由Hiromasa Goto教授領導的一個研究小組,利用結草蟲絲的強度生產了一種堅固、可撓性的導電纖維。這項研究可能會帶來新的柔性電子設備,例如可穿戴電子材料。

蜘蛛絲因為具有高柔韌性和強度,過去數年在從醫學到航空、航天用途上均受到廣泛關注。通過將蜘蛛絲等天然絲與合成導電聚合物相結合,研究人員可以生產具有導電、發光和光伏功能(將光能轉化為電能)的紡織品,還可以製造可用於再生醫學和生物醫學材料的生物相容性材料。“現在,我們則利用已知最強的天然纖維—結草蟲絲,從之前的研究工作中邁出了下一步,” Goto教授解釋。

在這項研究中,研究小組將polyaniline聚苯胺(一種易於合成的半柔性棒導電聚合物)與結草蟲的絲相結合,獲得直徑為2微米的複合纖維,用作光波導傳工具(optical waveguide)。根據展示,綠色雷射光可以沿著這些光纖傳播,同時保持在每根光纖內。
且為了確定材料的磁性,研究人員並進行了超導干擾裝置(SQUID)測量,證明該複合纖維的順磁性(paramagnet,指纖維可以受到外部磁場的影響,產生跟外部磁場同樣方向的磁化向量的特性),可應用於場效電晶體(field-effect transistor),通過電場效應控制電流,同時證實這個新型柔性材料技術可運用於紡織品。

  “隨著結草蟲絲的大量生產,”Goto教授說,“這些纖維可以開發應用於導電紡織紗、電磁屏蔽、和防蝕紡織品等各種用途。”

photo:University of Tsukuba

註:結草蟲是簑蛾的幼蟲,能就地取材運用身邊材料,以自己吐出的絲線黏合成能讓自己整個住進去的房子。