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力学系青年教师揭示蜘蛛丝独特抗扭机制,获国外多家媒体关注

发布者:王琳         发布时间:2017-07-13 15:25         浏览次数:

    7月5日,《应用物理快报》(Applied Physics Letters, APL)杂志以封面文章发表了我校土木学院力学系青年教师刘大彪和何玉明教授关于蜘蛛丝力学性能的研究新成果,论文题为《蜘蛛牵引丝的独特扭转动力学响应》(Peculiar torsion dynamical response of spider dragline silk),并被遴选为“特色论文”(Featured article)。青年教师刘大彪为论文第一作者,何玉明教授为通讯作者,华中科技大学为论文第一完成单位。



蜘蛛丝是由蜘蛛的腺体分泌的一种生物蛋白质纤维,因其具有其优异的力学性能、精巧的分级结构和潜在的应用前景,受到了国内外学者的广泛关注。蜘蛛在其生命历程中,会因生存需要或外界刺激产生多种性能和功能不同的丝,其中以大壶状腺纺出的牵引丝力学性能最为优越,是人类已知最强韧的材料之一,也是蜘蛛从高处安全降落的“生命线”。但是过去的研究多集中于其拉伸力学性能,鲜有涉及其扭转力学性能的详细报道。



刘大彪及合作者采用精密扭摆技术,研究了Nephila edulis Nephila pilipes 蜘蛛牵引丝的扭转振动特性,发现即使给蜘蛛牵引丝施加很小的扭转变形,其仍会部分屈服。这种行为完全不同于碳纤维、细金属丝、凯夫拉尔纤维和头发丝等传统材料。蜘蛛牵引丝在最初激励状态下就能进行大量的能量耗散,从而大大减小了随后扭转振动时的振幅,并导致振动平衡位置的迁移。这可以有效地防止蜘蛛游丝下降时的旋转。研究还表明,这种独特的扭转特性与蜘蛛丝的多尺度分级结构密切相关。该项研究对于开发蜘蛛丝仿生材料具有指导意义,也可以为研发防止摆动的直升飞机救援梯、降落伞或攀岩绳等提供新思路。



论成果发表后引起了国外媒体的广泛关注,美国物理学会(American Institute of Physics,AIP)为推广该文章,在其出版社网站(AIP publishing)发布了针对该文章的专访报道。另外,每日邮报(Daily Mail online), BBC World Service, Physics Today,Science Daily等媒体也对该成果进行了报道。

该项研究得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、校自主创新基金和欧盟“玛丽•居里”学者奖学金等项目的资助。

刘大彪简介:2016年6月博士毕业于华中科技大学力学系,并留校任教。以第一作者在Phys. Rev. Lett.、Int. J. Plasticity、Acta Mater.、APL等国际重要刊物上发表SCI论文十余篇,其中1篇入选ESI“高被引论文”。2016年获欧盟“玛丽•居里”学者奖学金(MSCA-IF),2017年入选中国科协“青年人才托举工程”。

文章链接:http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4990676

部分外媒报道链接:

英国每日邮报(Daily Mail):http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4676470/Why-silk-orb-weaver-spiders-don-t-spin-control.html

美国物理学会(AIP):https://publishing.aip.org/publishing/journal-highlights/strange-silk-why-rappelling-spiders-dont-spin-out-control

今日物理(Physics Today):http://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20170630a/full/

每日科学(Science Daily):https://www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170707133813.htm  

英国工程技术学会(Institution Of Engineering & Technology):

https://eandt.theiet.org/content/articles/2017/07/spider-silk-s-resistance-to-twisting-explained-in-new-study/