很多人对蜘蛛丝的厉害最直观的了解来源于蜘蛛侠。牵引将要倾倒的大厦，拉住快速奔驰的火车等。因为其具有超强韧性，蜘蛛丝引起了科学家的注意，纷纷想研制出强韧如蜘蛛丝般的材料。

在《自然通信》杂志最新的一篇文章中，南开大学的刘遵峰教授领导的一个研究团队用一种非常简单的方法，成功的使用水凝胶纤维制备出了人造蜘蛛丝，达到与天然蜘蛛丝几乎相当的力学性能。

Part.1

一挥就断，蜘蛛丝凭什么是最坚固材料？

现实生活中，蜘蛛丝之所以一挥就断，最本质的原因是，太细。蜘蛛丝其实具有极为特征的机械性能。

极高的抗拉强度。抗拉强度是指材料在拉伸条件下的最大承载能力。蜘蛛丝的抗拉强度(高达1.4 GPa)，与高等级合金钢相当(0.45-2 GPa)，甚至可以达到芳纶纤维，如凯夫拉纤维的一半(3 GPa)。但是金属丝或凯夫拉纤维几乎不可伸长，而蜘蛛丝可伸长自然状态下本身长度的40%，在高湿的环境下可伸长本身长度的5倍。

蜘蛛丝伸长后几乎不反弹。这使得蜘蛛丝在拉伸过程中能够吸收大量的能量，其韧性(表示材料在塑性变形和破裂过程中吸收能量的能力)平均为350 MJ/m3，即每立方米吸收的能量达到350兆焦耳，比钢或芳纶纤维高出几个数量级。而韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。除了没有反弹外，你几乎看不到蜘蛛悬空的时候在那里转个不停，这意味着蜘蛛丝还可以吸收扭转旋转能量。最后，蜘蛛丝在被拉长后，遇到湿气或遇水时，会恢复到初始长度。这使它被来袭的猎物撞击拉长后，可以自动修复并重新使用。

左边是水凝胶纤维，右边是棉线。棉线悬停后会不断转圈，而水凝胶纤维则不会。

Part.2

如何使用人工方法制备蜘蛛丝？

人们已经尝试用蚕丝蛋白来制作人工蜘蛛丝，并取得了一定的成功，例如，科学家曾尝试使用蛛丝蛋白直接纺丝制备人造蜘蛛丝。但由于蜘蛛有同类相食的特性，不能够像蚕一样容易大规模饲养，使用其他方法获得蛛丝蛋白也很难规模化放大。而使用合成方法，制备能模仿蜘蛛丝的上述特性，仍然是一个难题。

南开大学刘遵峰课题组在研究聚丙烯酸水凝胶纤维的过程中，发现这种纤维拉长后不易回弹，而且这种纤维的力学性质很强，很容易达到上百兆帕。而这种性能正是类似于蜘蛛丝的性能。因此，团队对水凝胶纤维进行了更加详细的研究，研获了超强韧人造蜘蛛丝。

水凝胶纤维由聚丙烯酸制成。聚丙烯酸具有核-鞘结构，通过掺杂二价离子、并加捻获得一定的捻度极大的增加了其强度。该纤维的拉伸强度可达0.89 GPa、拉伸长度可达到自然状态下本身长度的44.3%，模量(在胡克定律适用的范围内，单轴应力和单轴形变之间的比)高达28.7 GPa、韧性达到370MJ m-3，阻尼效率(即在负载过程中，损耗的能量在总能量的比值)达到95%。

Part.3

人造蜘蛛丝制成的绳索应用潜力很大

实验中，研究人员使用“人造蜘蛛丝”制成的“球拍”，在金属重物下坠时，起到了很好的缓冲效果。同时，在湿度增加的条件下，缓慢恢复到原来的形状。