Invention Innovante: Inspiration De La Structure En Fibre De Soie D'Araignée

 

L'équipe du professeur Meng Tao a considérablement amélioré la capacité de collecte de l'eau des fibres en construisant des structures creuses à l'intérieur des microfibres de soie d'araignée.On a constaté que le volume des gouttelettes de suspension de microfibre bionique était 1663 fois plus élevé que celui du noeud de broche et que la capacité de captage de l'eau était beaucoup plus élevée que celle rapportée dans la littérature.

La pénurie de ressources en eau douce est devenue un obstacle majeur au développement social et économique mondial.Selon les statistiques, les ressources en eau de mer représentent 96,54% de toutes les ressources en eau de la terre, les ressources en eau douce ne représentent que 2,53%, et seulement 0,36% des ressources en eau douce peuvent être utilisées directement par l'homme. Comment obtenir plus de ressources en eau douce disponibles est un problème urgent à résoudre.

Récemment, la Revue internationale de Chimie a Journal of Material Chemistry a rapporté les résultats de la recherche de l'équipe du professeur Meng Tao de l'Université Jiaotong du Sud - Ouest sur l'utilisation de microfibres de soie d'araignée avec des canaux continus creux pour la collecte d'eau à haut rendement. L'équipe a construit une structure creuse à l'intérieur de microfibres de soie d'araignée pour améliorer considérablement la collecte d'eau de la fibre. La recherche a révélé que:Le volume des gouttelettes de suspension de microfibre bionique est 1663 fois plus élevé que celui du noeud de broche, et la capacité de collecte d'eau est beaucoup plus élevée que celle rapportée dans la littérature.

Éclaircissement de la structure des fibres d'araignée

À l'heure actuelle, en raison de problèmes tels que la pollution de l'eau et le manque de ressources en eau douce, la crise des ressources en eau attire de plus en plus l'attention.En raison de l'applicabilité, de la simplicité et de la rentabilité des techniques de dessalement de l'eau de mer et de traitement des eaux usées, l'accès aux ressources en eau douce n'est pas possible dans certaines régions.Au fil des ans, des scientifiques de tous les domaines ont tenté de s'inspirer de la nature pour étudier les techniques bioniques de captage de l'eau.

Dans la nature, la plupart des organismes ont la capacité unique de faire face à des environnements difficiles. Grâce à une sélection naturelle à long terme, certains organismes ont été en mesure d'obtenir de l'eau du brouillard pour leur propre survie, ce qui a inspiré la conception et la fabrication de matériaux biomimétiques fonctionnels dans les systèmes de Collecte d'eau douce.Jusqu'à présent, les chercheurs ont mis au point un grand nombre de matériaux biomimétiques de captage de l'eau à l'aide du mécanisme de captage de l'eau du dendroctone du désert du nanotissu, du mécanisme de captage de l'eau du cactus et du mécanisme de captage du brouillard à la surface de la soie d'araignée.

Tôt le matin après la pluie ou dans un coin humide, on trouve souvent des toiles d'araignées suspendues avec des gouttelettes cristallines.L'étude a révélé que la soie d'araignée a en fait une forte fonction de captage de l'eau, et sa capacité de captage de l'eau est attribuée à une structure fibreuse unique composée de noeuds et d'articulations de broche périodiques, où les noeuds de broche sont composés de nanofibres aléatoires et désordonnées, et les articulations sont composées de nanofibres bien disposées.Lorsqu'on passe de l'état sec à l'état humide, la structure de la soie d'araignée change et des noeuds de fuseau apparaissent (qui peuvent stocker l'eau).Lorsque de petites gouttelettes d'eau se condensent sur la soie d'araignée, elles se déplacent vers le noeud de la broche sous l'action de la force motrice pour recueillir l'eau.

Inspirés par la soie d'araignée naturelle, les chercheurs prévoient produire des microfibres qui imitent la structure de la soie d'araignée et recueillent de l'eau douce de l'atmosphère.Mais ces dernières années, la recherche s'est concentrée sur l'amélioration de la force capillaire en ajustant la morphologie de la surface de la fibre, ce qui a limité l'amélioration de la capacité de captage de l'eau de la fibre.L'amélioration de la capacité de captage des micro - fibres demeure donc un défi permanent.

Les microfibres creuses offrent une meilleure performance de captage de l'eau

Sur cette base, l'équipe du professeur Meng Tao de l'Université Jiaotong du Sud - Ouest a étudié les méthodes d'amélioration de la capacité de captage des fibres à partir de la structure interne.Au cours de l'étude, l'équipe a essayé la technologie de microfluidisation du système huile - eau et du système gaz - liquide, et a effectué un grand nombre d'expériences qui n'ont pas atteint l'effet idéal.

Enfin, l'équipe de recherche s'est inspirée de la structure de la partition de la phase aqueuse à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule, en utilisant la technologie de filage microfluidique basée sur le flux laminaire en deux phases aqueuses, en utilisant le mécanisme de l'effet de partition de la phase aqueuse en deux phases, En se réticulant rapidement à l'interface pour former des fibres et en empêchant la diffusion et la réaction subséquente des substances subséquentes pour former des micro - fibres creuses en soie d'araignée.Meng Tao a déclaré: « Nous avons comparé la micro - fibre creuse de soie d'araignée et la micro - fibre solide de soie d'araignée dans les mêmes conditions, nous avons prouvé que la structure creuse améliore la capacité de collecte de l'eau de la fibre, la capacité de collecte de l'eau de la micro - fibre creuse de soie d'araignée est meilleure et meilleure.»

Pourquoi la micro - fibre creuse de soie d'araignée peut - elle montrer une meilleure capacité de suspension des gouttelettes que la micro - fibre d'araignée solide?« en raison de la présence de canaux creux, la longueur de la ligne de contact en trois phases entre les gouttelettes et les fibres est prolongée, ce qui augmente la force capillaire exercée sur les gouttelettes et, par conséquent, la capacité des fibres à suspendre les gouttelettes.»Meng Tao explique que lorsque les gouttelettes sont suspendues à des microfibres creuses, les colonnes de liquide dans les canaux creux forment des ponts capillaires et que les dépressions en forme de ménisque aux deux extrémités des colonnes de liquide fournissent une force capillaire supplémentaire pour les gouttelettes suspendues, une force qui contribue grandement à améliorer la capacité des gouttelettes suspendues.

L'action capillaire est l'attraction de la surface liquide sur la surface solide.La surface du liquide ressemble à une membrane en caoutchouc tendue et tend à s'aplatir si le niveau du liquide est courbé.« le niveau du liquide d'infiltration dans le capillaire est concave et il exerce une force de traction sur le liquide en dessous pour faire monter le liquide le long de la paroi du tube. Lorsque la force de traction vers le haut est égale à la gravité exercée sur la colonne dans le tube, le liquide dans le tube cesse de monter pour atteindre l'équilibre.»Meng Tao, par exemple, dit qu'il y a beaucoup d'exemples de phénomènes capillaires dans la nature et dans la vie quotidienne. Par exemple, un cathéter dans la tige d'une plante est un tube capillaire très fin dans la plante qui aspire l'eau du sol.En outre, l'absorption d'eau par les briques, l'absorption de sueur par les serviettes et l'absorption d'encre par la craie sont des phénomènes capillaires courants. Il y a beaucoup de petits pores dans ces objets qui jouent un rôle capillaire.

Par conséquent, la force capillaire peut augmenter la capacité de suspension des gouttelettes de micro - fibres creuses de soie d'araignée. Plus le volume des gouttelettes suspendues est grand, plus l'eau est captée dans l'air par Unit é de temps, ce qui améliore l'efficacité de la collecte de l'eau des micro - fibres dans l'air.

Microfibre de soie d'araignée largement utilisée

Aujourd'hui, les gens peuvent utiliser des micro - fibres creuses de soie d'araignée pour recueillir de l'eau à long terme et à grande échelle.Les humains peuvent préparer de grandes quantités de microfibres et les tisser dans des structures en forme de toile d'araignée pour recueillir l'humidité de l'atmosphère le matin humide et le soir.Meng Tao a déclaré: « cette méthode s'applique également aux déserts arides, aux îles et à d'autres environnements extrêmes, afin de répondre aux besoins des gens en eau douce.

Afin de promouvoir l'application et l'innovation dans le domaine de la collecte d'eau, l'équipe étudiera systématiquement et en profondeur le mécanisme d'interface entre les gouttelettes et les fibres dans le processus de collecte d'eau et la technologie de production à grande échelle de fibres creuses de soie d'araignée, a déclaré M. Meng.« en outre, l'expérience de la capacité de captage de l'eau de la fibre est effectuée dans le brouillard d'une certaine humidité, et les recherches futures devraient tenir compte de la façon dont la fibre d'arthropode de la broche peut recueillir l'eau dans un environnement d'humidité extrêmement faible, ainsi que de l'influence d'autres conditions extérieures telles que la vitesse du vent, la température, le débit de brouillard, etc., sur la capacité de captage de l'eau.»

It is reported that the microfiber can not only be used for Catchment, but also in Medicine, cosmetics, Environmental Protection, Military Industry and Other Fields.Par exemple, les fibres creuses de soie d'araignée peuvent être utilisées comme pansement de plaie dans le domaine médical.Il s'agit d'un matériau biocompatible qui peut absorber efficacement l'excès d'exsudat de la plaie et former un gel pour protéger la plaie.De plus, en raison de l'introduction d'une double phase aqueuse dans le processus de préparation de la fibre, la fibre a les caractéristiques de l'enzyme d'encapsulation et de la protéine, de sorte que la fibre peut supporter le facteur de croissance, les médicaments anti - inflammatoires et anticoagulants comme pansement de plaie pour accélérer la cicatrisation de la plaie.