撰文/李云哲

本文節選自《知識就是力量》雜志

一說到蠶，多數人的腦海里會浮現出一條不斷蠕動的白色小蟲，然后會想到蠶絲和絲綢，進一步則會想到絲綢制成的服裝，以及著名的絲綢之路。但最早開始馴化蠶的古人何曾想到，蠶這樣一種小小的昆蟲，后來竟成為開辟絲綢之路的“大功臣”，蠶絲也成為散發著現代科學技術魅力的“新”材料。

被馴化的“吐絲神器”

蠶（Bombyx mori），蠶蛾科昆蟲，是迄今唯一被人類成功馴化的昆蟲。經過數千年的人工選育，相較于蠶蛾科的其他成員，家蠶的進食量驚人，而且對居住環境也比較挑剔。因此，它們十分依賴人工精心飼養。

制作絲織品的蠶絲取自蠶繭。蠶在準備化蛹時會吐絲結繭，蠶繭一般為白色或淡黃色，由一根絲線結成，絲線長度為300~900米。蠶絲由蠶的絲腺產生，待腺體里的分泌物分泌殆盡，結繭過程結束。

正在吐絲結繭的蠶

蠶絲不是直接剝離抽取后就能使用，而是首先需要將蠶繭在熱水中浸泡，然后找到蠶繭上的絲頭，用手將抽出的絲線繞于絲筐上。古代的中國人稱此工序為“繅絲”。以前的繅絲都是純手工操作，而紡織工業興起后，手工便逐漸被機器替代。

1972年，長沙馬王堆辛追夫人墓出土了一批驚艷世人的文物，其中一件衣服——素紗單衣，尤其引人注目。這件衣服薄如蟬翼，似云霧般輕柔，是迄今為止發現的最早、最薄、最輕的文物服飾珍品，為西漢時期紡織技術巔峰之作。素紗單衣面料所用的絲線，便是由具有四五千年使用歷史的動物源纖維——蠶絲所制而成。

素紗單衣（圖片來源/Wiki）

向“新”材料華麗轉身

作為唯一可以量產的天然長絲纖維，蠶絲具有較好的吸濕性能，同時也極為強韌。但滌綸、氨綸、腈綸等合成纖維的大量制造，不斷變化的市場需求，以及天然蠶絲抗皺性能差、易泛黃、抗靜電性能差、易起毛球等缺點，使得其相關紡織品產業受到巨大沖擊。不過，蠶絲并沒有因此而下線，而是在穿過科學家們的“清奇腦洞”之后，煥發了第N春，成為材料界的“新網紅”。

作為材料界的“流量擔當”，石墨烯和碳納米管這兩種碳材料可謂是集萬千寵愛于一身，學術界和工業界都對它們青睞有加。它們如此受歡迎，是不是可以帶著蠶絲“一起飛”？當然可以，并且“飛起”的方式有很多種：浸漬、噴涂、旋涂、化學交聯等，從而將石墨烯／碳納米管附著于蠶絲表面。但有人覺得這種方法太復雜，便直接給蠶寶寶喂食石墨烯/碳納米管，來提升蠶絲的性能。

碳納米管結構

2016年，來自清華大學化學系的張瑩瑩副教授團隊發表在國際納米領域頂級雜志《納米快報》（Nano Letters）的一篇題目為《以單壁碳納米管或石墨烯喂養蠶，以獲得增強的蠶絲纖維》（Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers）的文章，吸引了很多人的目光。

研究團隊在蠶寶寶3齡時開始喂食噴灑了石墨烯/碳納米管水溶液的桑葉，一直持續到蠶寶寶吐絲結繭。結果發現，如此獲得的蠶絲在強度和韌性上比空白對照樣品顯著提高，而且這些含有石墨烯/碳納米管的蠶絲經過高溫碳化處理后，形成的碳化纖維導電率顯著提高。他們還發現，喂食少量的石墨烯/碳納米管對蠶的生長和蠶繭的形貌沒有明顯影響，且蠶絲和蠶的排泄物中存在碳納米材料。

給蠶喂食石墨烯/碳納米管實驗過程示意圖

蠶絲除了可以跟石墨烯/碳納米管“合作”，還可以跟二氧化鈦、二氧化硅納米顆粒形成復合材料；同時，其經過靜電紡絲和高溫碳化處理可形成具有高導電性的石墨化微晶納米纖維膜。因此，蠶絲及其衍生材料在柔性可穿戴設備、智能織物等領域具有較大的應用潛力。

走過數千年，蠶和蠶絲依然吸引著世人的目光，保有著經汩汩流年沁潤的光澤，同時也孕育著洶涌勃發的新活力，在古老與傳統中，逐漸彰顯現代和新興的模樣。