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大纖維:編織未來智能世界

webmaster 于 21 August 2017 编辑
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大纖維:編織未來智能世界
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來源: TBS信息中心

大纖維的應用領域

讓我們從實用性和器物層面,來理解這場纖維革命將對人們的生活方式帶來哪些影響。

T卹智能手機芬克教授在前不久的一次報告中,開門見山地把T恤和蘋果手機等同起來:蘋果手機良好功能的關鍵在於電子芯片,它結合了電子芯片和信息交流技術的優勢。但其實形成網絡讓人們去交流的關鍵物件是光導纖維。所以,蘋果手機和纖維本質上是相通的。

可穿戴電子的未來過去4年,麻省理工學院的研究團隊在做的就是試著讓纖維的功能最大化,試著去設計和生產能當作工具的纖維。可以把科學家的工作想像成他們試圖在纖維內部建立一個完整的綜合插座,關鍵是這個綜合插座不是粘貼或連接在纖維上的,而是纖維本身的一部分。

為了做到這一點,有三個先決條件:首先,這種纖維需要多種材料構成,來源多樣化可導致功能多樣化。其二,將不同材料聚合在一起的構建過程也是決定最後功能的重要因素。因此,材料和構建同等重要。最後是纖維的尺度,即採用什麼樣的尺寸才更適合纖維功能的發揮。科學家們馬上想到的是,可以從集成度極高的半導體裝置那裡得到啟示。

具有聽覺的纖維既然纖維可以辨別物體,那麼它會識別聲音嗎?為了讓纖維識別聲音,研究人員把電子材料轉化為纖維,並繪製出纖維圖。把纖維的金屬線頭連接起來,接到多插頭插座上,這樣就能聽到纖維傳導的聲音。不僅如此,如果你對著纖維說話,它就會收集聲音並將其轉換成電子。大約一年前,這些工作就發表在《自然•材料》雜誌上。之後,麻省理工的科學家團隊利用這一技術,研製出能夠傳遞聲音的纖維。這一成果的核心,​​就是使纖維發射不同頻率的波長。

具有聽覺的纖維對我們有什麼吸引力呢?很多人喜歡一邊跑步一邊聽音樂,可當你跑步的時候耳機總是掉,就會感覺很不舒服。一旦日後可以把這類纖維嵌入衣服中,形成振動波長,就足以引導聲音,這樣一來,就沒有必要往耳朵裡塞東西,衣服會直接把聲音傳到耳朵。科學家預計,很快人們就可能對這種實用性的纖維加以利用。

變色纖維科學家在纖維中加入了可以顯色的物質,這種物質見到光,會發生改變。在東華大學纖維材料改性國家重點實驗室裡,一種能主動感知外界環境並作出相關反應的纖維,可以自己發電、發光、發熱、變色、變形。王宏志教授課題組經過多次反复實驗,已經實現纖維在通電環境下的自主變色。只要導入2-3伏的低電壓刺激,纖維就能在毫秒內實現紅、黃、藍三色變化,並能保持顏色達半小時。即使在扭曲、打結和編織的情況下,仍能變色。

香港理工大學陶肖明教授前兩年也開發出這種變色衣服,他們採用的是塑料光纖,目前可以將光纖與LED技術連接起來,以控制變色和變圖案。

能發電、儲電的衣服復旦大學高分子系彭慧勝教授在近期的一次演講中,向聽眾展示了他的實驗室正在探索研發的智能纖維導向實際應用的幾項實驗,包括能發電、儲電的衣服和可變色發光的衣服。未來我們穿著的衣服如果能發電的話,可以解決很多領域的用電需求,從而改變我們的生活。

要做成這種發電的衣服,首先要得到能發電的纖維。研究人員發明了一種名為“取向碳納米管纖維”的獨特材料,它的電導率與金屬相當,可以製作成纖維碳納米管電池,然後製成衣服,這樣一件衣服一個白天(10小時)可發電6.1萬毫安時,其電量可以為蘋果手機充電4次。

智能纖維的其他應用智能纖維還有其他很多功能,比如可以把它做到可發熱、可製冷,以輕鬆應對一些極端條件。再比如,可以把有粘附功能的纖維做成手套,只要你戴上手套,就可以在牆壁上爬行,變身現實版“蜘蛛俠”。

這種獨特纖維也可在醫學上開展重要應用,比如香港理工大學陶肖明團隊研發出一種新生兒黃疸光療設備,稱為“O-毯”,它包含一層發光織物,並夾在由面層、反光背面織物構成的覆蓋織物之間。這種布料由側發光聚合物光纖和紡織紗線組成,可提供波長440-460納米的照射,強度符合美國兒科學會的標準。把這種發光纖維做成毯子,所發出的柔和光可治療新生兒黃疸,這樣就不需要把嬰兒放在冷冰冰的治療箱裡,而只要將毯子裹住嬰兒,就能起到更好的治療作用,同時也毋需讓嬰兒和母親分開。

以上所介紹的智能纖維的各項功能,已在國內外不同實驗室先後成功得到可顯示的結果和數據,有些已從實驗走向樣品​​,少部分已在進行產業化前的放大試驗。也正因為如此,大纖維吸引了一批風險投資基金的關注,一部分具有前瞻性眼光的創新型企業,已開始進行產業化前期佈局。

大纖維的產品形態

一維纖維:基於光導纖維、無機纖維、有機纖維、金屬纖維、生物纖維、天然纖維等基礎纖維,通過智能化、綠色化、超能化技術改進的新一代纖維。

二維織物:將大纖維與基礎纖維進行有機結合,通過特殊的加工工藝,如編織、互聯等,形成具有智能、超能、綠色等特徵的新型二維織物材料。

三維器件:通過三維集成技術將多層二維織物堆疊鍵合,或將一維纖維與傳統三維器件結合,通過穿透襯底的三維互連,實現器件的智能化、超能化、綠色化。

大纖維:編織未來智能世界