高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及聚合物性能概述-資料下載頁
2025-05-12 02:52本頁面
【正文】 蜘蛛絲 人造蜘蛛絲 —— 生物鋼絲 蜘蛛絲的彈性與韌性為什么都好？ ? 蜘蛛絲雖細(xì)，但承受的張力可達(dá) 3克重 ? 即使拉伸 10倍以上也不會(huì)斷掉 ? 它的強(qiáng)度是同樣粗細(xì)的鋼絲的 5倍 ? 是強(qiáng)度最大的天然高分子化合物 ? 主要成份是氨基酸組成的蛋白質(zhì)類高分子化合物 ? 由于它呈酸性而且含有殺菌物質(zhì)，故不易發(fā)霉 ? 蜘蛛絲含有吸濕的吡咯烷酮，盡管在自然界免不了遭受風(fēng)吹、雨打和日曬，卻仍然保持一定的粘著力 ? 蜘蛛網(wǎng)還具有優(yōu)美的對(duì)稱性，怎么看都是生物建筑學(xué)上的重要成果 ? 在納米尺度上蜘蛛絲結(jié)構(gòu)形同一根極細(xì)的螺旋線 ? 看上去像長長的浸泡過某種液體的“彈簧” ? 當(dāng)它被拉伸時(shí)，像“彈簧”一樣會(huì)竭力返回原來的長度 ? 而當(dāng)它縮短時(shí)，本身又會(huì)吸收振動(dòng)能量并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮? 奧妙被揭開： ? 蜘蛛和蠶不同，很難進(jìn)行大規(guī)模的人工飼養(yǎng) ? 要在化工廠中造出有蛛絲特性的人造纖維，人類目前的技術(shù)與工藝均無可能 ? 采用基因工程的辦法，將蜘蛛的基因植進(jìn)入山羊細(xì)胞的 DNA中，培育出了能在乳汁中分泌蜘蛛絲蛋白的新品種山羊 ? 使“生物鋼材”的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能 ? 用其組合成牢固的復(fù)合材料用于宇航和汽車工業(yè) ? 制造外科手術(shù)縫合線和防彈背心的理想材料 ? 基因工程讓我們“種豆得瓜”了 種豆得瓜 —— 能在乳汁中分泌絲蛋白的新品種山羊 單根高分子鏈 凝聚態(tài)： ? 凝聚態(tài)：許多分子聚集在一起 ? 一個(gè)孤立的小分子不存在分子間的相互作用，當(dāng)然沒有分子凝聚態(tài) ? 一個(gè)高分子鏈有成千上萬個(gè)單體單元，存在鏈單元間的相互作用 單鏈凝聚態(tài)（液態(tài)、高彈態(tài)、晶態(tài)） ? 單個(gè)高分子鏈以一種凝聚態(tài)存在是高分子 特有 的 單鏈試樣的制備： ? 極稀溶液噴霧 ? 液面擴(kuò)展 ? 冷凍萃取、冷凍干燥 例如： 單個(gè)高分子鏈：相當(dāng)于 104個(gè)單體單元體系 的凝聚態(tài) 假如：密度為 1g/cm3 610M ?0 100M ?? ? ? ?331 4 3 3 4AAM N R M R N??? ? ???? ? 13134 AR M N? ???單鏈球形顆粒的半徑 ≈ 單鏈高分子：納米尺度的高聚物顆粒 左：打圈鏈（分子動(dòng)力學(xué)模擬從完全伸直鏈在 300K弛豫后的線團(tuán)） 右：高斯鏈（ Monte Carlo模擬） 單根高分子鏈的拉伸行為 ? 右旋糖酐（ dextran）上無規(guī)地接上幾個(gè)streptavidin（一種抗生物素蛋白） ? 原子力掃描針尖用生物素（ biotin）修飾 ? 用化學(xué)方法使 Dextran鏈端與金表面結(jié)合 ? 利用 streptavidin與 biotin的結(jié)合，拉起從金表面到針尖結(jié)合處這段鏈 ? Dextran單鏈拉伸示意圖（ ） ? 拉力～伸長作圖 ? 伸長歸一化后的拉伸曲線 6104 ??M單根高分子鏈的拉伸行為 ? 80％處：一個(gè)臺(tái)階 ? 80％：低拉力區(qū)，符合橡膠鏈的熵彈性 70％： 拉力～ 20pN，拉力隨伸長的增大而增加很小 70～ 80％： 斜率～ 670pN/A ? 80%：斜率～ 1700pN/A ? 幾十根鏈相互穿透在一起 ? 形態(tài)：高斯鏈 多鏈凝聚態(tài)與單鏈凝聚態(tài)的根本差異： ? 沒有相鄰分子鏈的穿透，分子鏈的堆砌比通常的多鏈凝聚態(tài)要松散些 ? 形態(tài)：打圈鏈 （分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果，g177。 /t構(gòu)象比值顯著增大） PS: 高斯鏈 : nm 鏈納米球 : nm 262 ?R1902 ?gR6104 ??M多鏈凝聚態(tài)： 單鏈 凝聚態(tài)： 高聚物可能具有最多種凝聚態(tài)結(jié)構(gòu) 并導(dǎo)致豐富的物理行為和性能 ?玻璃態(tài) ?高彈態(tài) 晶態(tài) ?取向態(tài) ?液晶態(tài) ?單鏈凝聚態(tài) 參考文獻(xiàn) 1. HE Pingsheng, YANG Haiyang, ZHU Pingping. What are the characters of polymers, paring with low molecular weight pounds? International Journal of Engineering Education.: Theory and Practice,2022,12(8):66~69 2. 朱平平 ,何平笙 ,楊海洋 .高分子中的整體與局部 . 化學(xué)通報(bào) , 2022, 66(2):w47. 3. 何平笙 . 關(guān)于 《 高聚物的結(jié)構(gòu)與性能 》 課的教學(xué)主線 . 高分子通報(bào) ,1997,(2):122~124. 4. 何平笙 ,朱平平 ,楊海洋 . 在“高聚物的結(jié)構(gòu)與性能”課程中講透高聚物的特點(diǎn) . 高分子通報(bào) ,2022,(5): 74~79.
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