石墨烯是强韧的人造材料之一，而蜘蛛丝是最强韧的天然材料之一。为此，来自意大利特伦托大学的Nicola Pugno想知道如果将两者结合起来会发生什么情况。蜘蛛能织出加入了碳纳米管甚至是石墨烯的网，从而使具有打破纪录特性的新材料拥有更加光明的应用前景。蜘蛛侠一定会很嫉妒。
Pugno和他的同事抓到5只来自幽灵蛛科的蜘蛛，并在它们身上喷洒用水和200～300纳米宽的石墨烯颗粒混合而成的液体。他们还将碳纳米管和水喷到另外10只蜘蛛身上，以对比两种材料的效果。

一些蜘蛛吐出了低于标准水平的丝，但其他蜘蛛织的网的性能得到较大提升。最好的纤维来自被喷了纳米管的蜘蛛，其硬度和强韧度约是巨型河边金蛛所织网的3.5倍。比金蛛织出的网更加强韧的唯一天然材料是由一种被称为帽贝的软体动物的牙齿制成的材料。Pugno和同事在2015年早些时候发现了这一点。帽贝牙齿的伸展性比蜘蛛丝强，但硬度不够。这意味着它们更容易破裂。
蜘蛛的种类很多，蛛网的网型区别很大。蛛丝的直径有明显差别。蛛网由三种蛛丝组成：框架丝，径向幅丝，螺旋形环向丝。前两种丝是蛛网的骨架丝，直径较粗，强度较高；螺旋丝直径较细，强度稍低，外包粘液，粘液含水量达80%，含有丰富的氨基酸。一般骨架丝的直径在1μm以上，环向丝直径约0.6μm。有时为增加强度，蜘蛛来回纺丝形成5~10根蛛丝一股。按文献提供的寻常庭院蛛丝实验结果：粗丝直径0.93~1.4μm,细丝直径0.56μm，断裂时伸长126~146%，拉伸强度为717.5~1490MN/m2, 最终弹性模量2175~3725MN/m2,断裂功93.3~298MJ/cm2。
微镜显示蛛丝中分子排列紧密有序呈晶体状，类似金属的晶体化组织，有些断面分子排列类似橡胶的分子组织结构，这些断面交替出现，这是蛛丝具有高强度和高弹性和高韧性的根本原因。蛛丝的韧性度很高，铅笔芯粗的蛛丝足以支撑一艘万吨级的远洋货轮，是钢的10倍。

该团队尚不确定石墨烯和碳纳米管是如何在蛛丝中终结的。一种可能性是碳包裹在丝的外面，但Pugno认为，这不足以解释蛛丝硬度的增加。相反，他认为，蜘蛛吸收周围环境中的材料，并在吐丝时将它们融入蛛丝中。不过，这样做是有代价的，4只蜘蛛在被喷上液体后很快就死掉了。
 
科学解读“纳米”材料

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。

什么是石墨烯
 
石墨烯（Graphene）是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。并且，石墨烯在自然界也有产出，它体现为高能物理状态下的圈量子的粒子态相。

石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8 Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

什么是碳纳米管
 
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。
 
新材料技术与发展应用

随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。新材料技术被称为“发明之母”和“产业粮食”。

什么是新材料
新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、 材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。

新材料技术的发展应用
 
新材料按组分为金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。结构材料主要是利用材料的力学和理化性能，以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求；功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应，以实现某种功能，如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。新材料在国防建设上作用重大。例如，超纯硅、砷化镓研制成功，导致大规模和超大规模集成电路的诞生，使计算机运算速度从每秒几十万次提高到每秒百亿次以上；航空发动机材料的工作温度每提高100℃，推力可增大24%；隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射，使敌方探测系统难以发现等等。

新材料技术是按照人的意志，通过物理研究、 材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。新材料按材料的属性划分，有金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料的使用性能性能分，有结构材料和功能材料。结构材料主要是利用材料的力学和理化性能，以满足高强度、高刚度、高 硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求。隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射，使敌方探测系统难以发现。


 来源：科技世界网