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蜘蛛侠的网究竟是什么材料?
2015-01-24 10:15:20
 来源:新华社

美国生活科学网站报道,在电影《蜘蛛侠》里,蜘蛛侠的网真是无所不能,它能够围困住超级坏蛋,支撑蜘蛛侠自身的重量以方便他在纽约市里来回摆动,甚至能够在市中心的街道上悬浮车辆。这些网究竟是由什么制成的?蜘蛛侠又是如何建造它的?

 

《蜘蛛侠》海报

真正的蜘蛛网是非常牢固的,蜘蛛丝的抗张强度高达1.75吉帕——相当于17500倍的标准大气压,或者相当于横截面上每平方厘米178千克的压力。抗张强度是指拉伸材料直至断裂所需要的力。

碳纳米管强度更大,它能够忍受63吉帕(甚至更高)的压力。然而,根据1986年的“奇迹宇宙官方手册”,蜘蛛侠的网是由类似尼龙的材料制成,只能承受0.5吉帕的压力。那么,一种特殊材料的强度是否就能解释《超凡蜘蛛侠2》里蜘蛛侠的网的特性?

“组成蜘蛛侠网的材料只是其中的一方面,”美国陆军研究办公室材料科学部门的项目经理、北卡罗来纳州立大学材料科学客座教授苏文·马萨杜(Suveen Mathaudhu) 这样说道。马萨杜是一名铁杆漫画迷。“不同长度尺度下网的结构异常重要。”

受到美国东南路易斯安那大学物理学副教授瑞特?阿兰(Rhett Allain)www.wired.com科学博客点物理学里发表的文章《蜘蛛侠网的物理学》的启发,美国北卡罗莱纳州立大学的科学作家马特?希普曼(Matt Shipman )和马萨杜研究了蜘蛛网的结构的重要性。马萨杜表示,研究蜘蛛丝的美国麻省理工学院材料科学家马库斯?比埃勒(Markus Buehler)2011年报告称,蜘蛛丝里纳米纤维的独特对齐方式和约束结构解释了这种看似脆弱的材料所具备的的强度、韧性和可延展性。

“想象一下桥梁缆索或者攀岩绳,” 马萨杜说道。“它们不仅仅是一捆平行的纤维,而是等级排列的纤维集合,纤维之间相互连接的特殊方式导致纤维之间的摩擦和结合,这改善了材料的性能。”

因此很明显网的结构非常重要。但问题是,蜘蛛侠的网究竟是有什么制成的?在博客中,阿兰假设蜘蛛侠的网是由碳纳米管制成的。如果事实的确如此,那么在真实世界里我们应该很快就能见到类似的事物。“美国西北大学的荷瑞修·埃斯皮诺萨(Horatio Espinosa)教授一直在研究如何利用高能辐射包裹和连接单个碳纳米管,从而改善纳米管的中心强度、刚性和韧性。” 马萨杜说道。

简言之,抛开心中的各种疑虑,安心欣赏漫画和基于漫画的英雄电影可能是最好的解决办法,但不得不承认这些虚构的故事的确激励了人们提出各种可能性的问题,这当然值得庆祝。至少在蜘蛛侠的问题上,它提醒了人们,结构形式的确会影响功能,这让那些研究相关项目的科学家们吃惊不已,即使他们并不知道蜘蛛侠的网究竟是由什么组成。(编译/严炎刘星)

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