我們已經知道蜘蛛絲是一種很棒的材料，但科學家們仍在不斷發現它新的潛在應用價值。一支國際研究小組就發現，蜘蛛絲的某些特性與半導體類似，除了可以用來操縱某些電子元件，還可以用來控制聲音和熱量。

2016年，萊斯大學的一組科學家通過觀察蜘蛛絲的微觀結構，揭示了其傳輸聲子、粒子的聲音具有獨特的方式。該研究首次表明，蜘蛛絲具有聲子帶隙。這意味着它可以阻止某些頻率的聲子波，可應用于隔熱或隔音領域。論文的合著者，來自萊斯大學的Edwin Thomas在一份聲明中說道：“如果你以一種特定的頻率傳播聲音的話，那這種聲音不會被材料吸收。”

聲子帶隙相當于一個頻率範圍，聲波在這個範圍内無法傳播穿過材料，起源自波的幹擾和散射。在超聲頻率對應聲子波長為<300nm，與絲綢的特征長度相當，這使得科學家可以利用布裡淵光散射來确定絲綢纖維的微結構。

負色散區域與垂直于傳播聲波的反常色散相一緻，這意味着超分子下絲綢折射率為負。在同樣具有聲子帶隙的超聲聲子晶體中，也觀察到了超聲聲子帶隙，在超聲頻率下阻止光波和聲波穿過。對于聲-光器件（比如光冷卻和光泵抽取聲音振蕩器）來說，這些材料很有前進一步地，聲子帶隙可通過減少聲子的流動來減少熱導率，這使它成為可調節熱管理應用的候選者。類似地，已經有報道顯示蛛絲的獨特超聲特性可提高其生物醫學領域的應用，因為其天然具有可控的可降解和生物相容性，沒辦法，基因好。

通過比較不同預應變下蛛絲的聲子帶隙， 研究人員論證了同軸機械各向異性、非線性和空間非定域性的關鍵作用，緣因于蛛絲纖維的分級結構。舉個例子，沒有分級組織或結構取向的材料，比如再生絲素，顯示出各向同性的聲學行為，而不是超聲帶隙。

這次的觀察是首次發現的”高超聲速聲子帶隙的生物材料”。

蜘蛛絲這些驚人的特性來自于其複雜的結構。一層堅硬的組織将這些絲組合在一起，柔軟的區域使其保持靈活性，在這些區域中蜘蛛絲能夠進行伸展。在蜘蛛絲的蛋白質中有兩種氨基酸比較豐富，其中一種為丙氨酸，鑲嵌在膠狀聚合物中組成蜘蛛絲纖維，還有一種氨基酸為甘氨酸，大約占其蛋白質組成成分的70%。這兩種氨基酸中有一種擁有高度有序的結構而另一種則沒有。有序與無序之間的張力讓蜘蛛絲擁有了強大的張力。

随着蛛絲從超縮态變為伸長态時預應力的增加，機械各向異性和非定域非線性增加，導緻其帶隙更小，即能阻止更小範圍的頻率通過。1，蛛絲結構的機械非線性形成了一個特殊的負群速度區域；2，蛛絲的各向異性結構；1和2一起組成獨特的對稱條件，從而形成了帶隙。聲子帶隙和散布顯示出強的非線性的應變依賴性。

當蜘蛛網被破壞或獵物被困在其中時，蜘蛛能感覺到，這是通過蜘蛛網的震動，就像聲音通過空氣的震動傳播一樣。顯然，這兩種震動的頻率不同，因為蜘蛛絲和空氣的阻尼不同。

當Thomas等人研究了蜘蛛絲的微觀結構後發現，拉伸或者放松蛋白質鍊會改變材料的聲學特性。他們還能夠通過改變絲纖維的張力進而改變蜘蛛絲的能隙。通過扭轉蜘蛛絲還能使它獲得熱特性。

Thomas解釋道：“聲子晶體讓你能夠擁有控制聲波的能力，如果聲音足夠小頻率足夠高就會産生熱。通過這種方式産生熱流動，這就意味着你将一種非熱絕緣材料轉化成了熱絕緣材料。”

這個研究不僅發現了聲子晶體中的結構周期性，還提供了一種關于帶隙形成的新的設計思路。比如，通過在納米尺度上裁剪同軸機械各向異性來設計可調仿生超聲帶隙材料。聽不懂啊，我再換個說法。1，開拓材料的非線性；2，裁剪結構的各向異性；1 2可能成為一個新的設計範例，這個範例用來幹嘛？用來得到新型動态表現。

理解蜘蛛絲中超聲聲子帶隙和負色散區域的非定域非線性和結構的各向異性之間的關系，對于未來設計具有類似性能的仿生可調材料來說大有裨益。蜘蛛絲的動力學結構可通過應變或超收縮來定制，同時超聲聲子帶隙可應用在熱力學管理器件中，随着聲子傳播減少，材料的熱導率也減少。在負折射現象中負色散區域顯示出在聲波超級鏡片領域的巨大潛力。人們通過聚焦超聲波可能突破衍射限制，制造出具有更好細節的聲學圖像，而不僅僅是具有入射聲波波長。此外，蜘蛛絲的生物相容性和生物課降解性提供了一個超贊的助力來提升他們在生物醫學領域的應用。

然而盡管蛛絲的超聲聲子性質對于動态材料來說非常具有吸引力，但是在材料的批量加工方面仍具有很大的挑戰。大量養殖蜘蛛是很困難的，因為他們一個個全是吃貨，自己同類也吃。此外，目前為止人們還不能指望再生合成的蛛絲顯示出超聲聲子帶隙，因為超分子結構、結構的取向、纖維的幾何等材料特征還沒有搞清楚。

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