Tough and Temperature‐Resistant Material Based on Bombyx mori Silk Fibroin

丝素 丝绸 材料科学 聚合物 韧性 化学工程 极限抗拉强度 复合材料 纳米技术 高分子科学 仿生材料 纳米复合材料 类金刚石 生物矿化 高分子化学 弹性体
作者
Meng Zhang,Quan Wan,Yajun Shuai,Qi Wu,Jing Yu,Mingzheng Fang,Zhang Ye,Chuanbin Mao,Mingying Yang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e20165-e20165
标识
DOI:10.1002/advs.202520165
摘要

ABSTRACT Extreme temperatures present significant challenges for materials in polar and extraterrestrial exploration. Inspired by Bombyx mori spinning, we propose a biomimetic “Hydration‐Crystallization Locking” (HCL) strategy. By precisely controlling the composition and distribution of hydrophilic domains and hydrophobic crystals in silk fibroin (SF), we developed a flexible fibroin membrane (FFM) exhibiting high tensile strength (∼50.5 ± 3.2 MPa), toughness (∼16.4 ± 1.2 MJ/m 3 ), and >95% shape retention under large deformations at −196°C and 70°C. The HCL strategy was confirmed to promote the formation and retention of hydrophilic Silk I structure, with its conformational signature type II β‐turn retained from 30.8% to 14.6%, while partially transitioning to the hydrophobic Silk II structure. Silk I captured immobile water via serine, forming orderly hydrated structures that enhanced chain plasticization; uniformly dispersed Silk II crystalline domains acted as hydrophobic and thermal barriers, preventing water escape and freezing. FFM served as a multifunctional platform in extreme environments for flexible photovoltaics, polar equipment, and a lightweight electromagnetic interference shielding shell. Additionally, FFM was recyclable under mild conditions. The HCL strategy enables renewable SF to replace petroleum‐based polymers for balancing mechanical properties and temperature resistance. It provides a sustainable framework for designing high‐performance biomass polymers for extraterrestrial exploration and low‐temperature systems.
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