大纤维:编织未来智能世界

Submitted by webmaster on 21 August 2017

來源: TBS信息中心

大纤维的应用领域

让我们从实用性和器物层面,来理解这场纤维革命将对人们的生活方式带来哪些影响。

T恤智能手机芬克教授在前不久的一次报告中,开门见山地把T恤和苹果手机等同起来:苹果手机良好功能的关键在于电子芯片,它结合了电子芯片和信息交流技术的优势。但其实形成网络让人们去交流的关键物件是光导纤维。所以,苹果手机和纤维本质上是相通的。

可穿戴电子的未来过去4年,麻省理工学院的研究团队在做的就是试着让纤维的功能最大化,试着去设计和生产能当作工具的纤维。可以把科学家的工作想象成他们试图在纤维内部建立一个完整的综合插座,关键是这个综合插座不是粘贴或连接在纤维上的,而是纤维本身的一部分。

为了做到这一点,有三个先决条件:首先,这种纤维需要多种材料构成,来源多样化可导致功能多样化。其二,将不同材料聚合在一起的构建过程也是决定最后功能的重要因素。因此,材料和构建同等重要。最后是纤维的尺度,即采用什么样的尺寸才更适合纤维功能的发挥。科学家们马上想到的是,可以从集成度极高的半导体装置那里得到启示。

具有听觉的纤维既然纤维可以辨别物体,那么它会识别声音吗?为了让纤维识别声音,研究人员把电子材料转化为纤维,并绘制出纤维图。把纤维的金属线头连接起来,接到多插头插座上,这样就能听到纤维传导的声音。不仅如此,如果你对着纤维说话,它就会收集声音并将其转换成电子。大约一年前,这些工作就发表在《自然•材料》杂志上。之后,麻省理工的科学家团队利用这一技术,研制出能够传递声音的纤维。这一成果的核心,就是使纤维发射不同频率的波长。

具有听觉的纤维对我们有什么吸引力呢?很多人喜欢一边跑步一边听音乐,可当你跑步的时候耳机总是掉,就会感觉很不舒服。一旦日后可以把这类纤维嵌入衣服中,形成振动波长,就足以引导声音,这样一来,就没有必要往耳朵里塞东西,衣服会直接把声音传到耳朵。科学家预计,很快人们就可能对这种实用性的纤维加以利用。

变色纤维科学家在纤维中加入了可以显色的物质,这种物质见到光,会发生改变。在东华大学纤维材料改性国家重点实验室里,一种能主动感知外界环境并作出相关反应的纤维,可以自己发电、发光、发热、变色、变形。王宏志教授课题组经过多次反复实验,已经实现纤维在通电环境下的自主变色。只要导入2-3伏的低电压刺激,纤维就能在毫秒内实现红、黄、蓝三色变化,并能保持颜色达半小时。即使在扭曲、打结和编织的情况下,仍能变色。

香港理工大学陶肖明教授前两年也开发出这种变色衣服,他们采用的是塑料光纤,目前可以将光纤与LED技术连接起来,以控制变色和变图案。

能发电、储电的衣服复旦大学高分子系彭慧胜教授在近期的一次演讲中,向听众展示了他的实验室正在探索研发的智能纤维导向实际应用的几项实验,包括能发电、储电的衣服和可变色发光的衣服。未来我们穿着的衣服如果能发电的话,可以解决很多领域的用电需求,从而改变我们的生活。

要做成这种发电的衣服,首先要得到能发电的纤维。研究人员发明了一种名为“取向碳纳米管纤维”的独特材料,它的电导率与金属相当,可以制作成纤维碳纳米管电池,然后制成衣服,这样一件衣服一个白天(10小时)可发电6.1万毫安时,其电量可以为苹果手机充电4次。

智能纤维的其他应用智能纤维还有其他很多功能,比如可以把它做到可发热、可制冷,以轻松应对一些极端条件。再比如,可以把有粘附功能的纤维做成手套,只要你戴上手套,就可以在墙壁上爬行,变身现实版“蜘蛛侠”。

这种独特纤维也可在医学上开展重要应用,比如香港理工大学陶肖明团队研发出一种新生儿黄疸光疗设备,称为“O-毯”,它包含一层发光织物,并夹在由面层、反光背面织物构成的覆盖织物之间。这种布料由侧发光聚合物光纤和纺织纱线组成,可提供波长440-460纳米的照射,强度符合美国儿科学会的标准。把这种发光纤维做成毯子,所发出的柔和光可治疗新生儿黄疸,这样就不需要把婴儿放在冷冰冰的治疗箱里,而只要将毯子裹住婴儿,就能起到更好的治疗作用,同时也毋需让婴儿和母亲分开。

以上所介绍的智能纤维的各项功能,已在国内外不同实验室先后成功得到可显示的结果和数据,有些已从实验走向样品,少部分已在进行产业化前的放大试验。也正因为如此,大纤维吸引了一批风险投资基金的关注,一部分具有前瞻性眼光的创新型企业,已开始进行产业化前期布局。

大纤维的产品形态

一维纤维:基于光导纤维、无机纤维、有机纤维、金属纤维、生物纤维、天然纤维等基础纤维,通过智能化、绿色化、超能化技术改进的新一代纤维。

二维织物:将大纤维与基础纤维进行有机结合,通过特殊的加工工艺,如编织、互联等,形成具有智能、超能、绿色等特征的新型二维织物材料。

三维器件:通过三维集成技术将多层二维织物堆叠键合,或将一维纤维与传统三维器件结合,通过穿透衬底的三维互连,实现器件的智能化、超能化、绿色化。
 

大纤维:编织未来智能世界