纤维由于其良好的力学性能和化学稳定性等特性成为现代生活中必不可少的一种材料,在纺织、环保、建筑等领域都被广泛应用。并且纤维种类繁多,对于纤维材料的研究一直是热点课题。纤维材料能具有如此多的优异性能和其结构密切相关。因此如果能够从分子水平来研究纤维结构与力学性能之间的关系就变得至关重要。这对人们设计高性能纤维材料具有重要的指导意义,比如,可以有选择性的增强纤维材料的力学性质。本论文中以尼龙-6合成纤维和天然柞蚕丝纤维作为实验体系,利用基于原子力显微镜(AFM)为的单分子力谱技术(SMFS)从单个分子水平来研究纤维材料在垂直于分子链取向方向受力时折叠结构打开的过程。首先我们以尼龙-6纤维中的最简单情况即单分子链形成折叠结构为切入点,在基底与针尖中桥联尼龙-6单分子链并对其进行拉伸和松弛实验,考察折叠结构的形成与破坏过程及影响因素。在实验中观测到在水中尼龙-6单分子可以形成折叠结构,并且该折叠结构被打开后可以在短时间内重新形成。同时我们发现在十六烷中尼龙-6单分子链无法形成折叠结构。并且我们考察了不同基底对尼龙-6单分子折叠结构形成的影响,发现尼龙-6单分子链只有在特定的基底上才能形成折叠结构。解折叠过程中是同时破坏了分子内氢键和基底与分子链间的相互作用(范德华力或分子间氢键相互作用)。此外,由于尼龙-6与蛋白质的分子结构具有相似性,因此对尼龙-6单分子折叠与解折叠的研究有助于我们理解蛋白质纤维化过程的本质。接着,我们进一步研究了结构更复杂的尼龙-6凝聚态体系(edge-on晶体,纤维)。对于凝聚态体系的研究有利于理解尼龙纤维中微观结构和纤维材料力学性能之间的关系。同时可以验证单分子折叠结构与凝聚态体系中会有何区别。在实验中我们发现凝聚态体系中折叠结构打开的过程与单分子折叠结构解折叠的过程是相似的。体现在力学曲线上均是规整的锯齿形多峰信号且力值在降落时并不会回落至零点。但是由于凝聚态体系中存在缺陷,非晶相等结构,使得分子链会互相缠结从而导致凝聚态体系中分子链解折叠力值更大。最后我们从两个方面研究了柞蚕丝蛋白体系。一方面是人工诱导再生柞蚕丝蛋白分子形成单分子链β-折叠结构。另一方面研究天然柞蚕丝纤维。通过实验我们发现柞蚕丝蛋白的解折叠情况与尼龙-6的情况是相似的。因此我们可以推测结构骨架相似的纤维结构在垂直于轴方向受力时,其解折叠过程具有相似性。