國內專(zhuān)家捕捉到這一信息，率先在國際上提出“大纖維”概念。當下，國 內外圍繞智能纖維研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程明顯加快，尤其是國內一些高校、研發(fā)機構及相關(guān)行業(yè)和企業(yè)，已紛紛關(guān)注并投身到這一破土而出的新領(lǐng)域。
圖片說(shuō)明: 這張創(chuàng )意圖旨在表達纖維、電子、芯片等在未來(lái)將融為一體。
所有故事源于纖維的改變
作為構成物質(zhì)世界和生命體基本組分 (單元) 的纖維和我們人類(lèi)的生活息息相關(guān)，衣被天下的棉麻桑羅、維持生命的基本膳食，究其本源無(wú)不是纖維。
說(shuō)到纖維，人們馬上會(huì )聯(lián)想到一維形態(tài)、柔韌性很好的纖細物態(tài)。然而時(shí)至今日，纖維還是那個(gè)纖維，但其內涵已大大改變。由于納米材料、高分子、半導體電子器件、軟件工程、纖維改性等諸多學(xué)科和技術(shù)的介入，纖維在變得更纖細、更耐磨、更抗拉的同時(shí)，正在被賦予電學(xué)、光學(xué)性能和信息收發(fā)、儲存功能。目前，國內外實(shí)驗室都已獲得能接收傳輸電信號或是能發(fā)光、發(fā)熱、儲能的纖維。
一個(gè)以新型纖維材料為基礎，具備多材料、多結構、多功能特點(diǎn)，能夠感知、計算、儲能、通信、執行的新型智能材料家族，已經(jīng)開(kāi)始出現并走向市場(chǎng)。與此同時(shí)，纖維的超高性能化和綠色化將成為未來(lái)主流趨勢；智能、超能、綠色特征的進(jìn)一步交叉融合，將催生許多全新的纖維品種，其中相當比例結果將轉化為巨大的商業(yè)價(jià)值。這一大類(lèi)完全跨界的未來(lái)新型品類(lèi)稱(chēng)為“大纖維”，支撐大纖維的是一門(mén)新的交叉學(xué)科，不妨叫“大纖維科學(xué)”。
中國人首先提出“大纖維”概念
值得一提的是，由中國跨界專(zhuān)家組成的一個(gè)工作組兩年前就關(guān)注到這一大變革趨勢，并一直在不遺余力地做這方面的信息收集、研判、傳播工作，并在一年前提出“大纖維”概念。所謂“大纖維”，是指基于材料、信息、機械、生物、能源等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)突破與交叉融合，以“智能、超性能、綠色”為特征，具有多功能、多結構、多材料特性，能夠對傳統產(chǎn)業(yè)集群起到高滲透性、顛覆性、革命性提升效果的新一代纖維。
上述大纖維定義已得到包括美國工程院院士程正迪教授在內的一批該領(lǐng)域專(zhuān)家認可。他們認為，“大纖維”的表述較智能纖維等，更接近現在人們對這場(chǎng)纖維革命本質(zhì)的理解。
纖維改變導致的性能上的變化，使得織物和服裝由原先的低功能物品轉變?yōu)楦呒夹g(shù)物品成為可能。美國在一年半前提出“革命性織物和纖維”的概念，這里說(shuō)的革命性織物和纖維就是多材料、多結構的智能纖維。在這樣的纖維變革背景下，未來(lái)紡織業(yè)將不再只是紡紗織布的概念，而是在提供滿(mǎn)足各種保暖、美觀(guān)需求的同時(shí)，派生出健康健身、節能環(huán)保、智能通信服務(wù)等一系列功能產(chǎn)品和服務(wù)行業(yè)。這也將是繼20世紀硅基芯片發(fā)明帶給人類(lèi)社會(huì )翻天覆地變革后，由纖維帶來(lái)的勢必攪動(dòng)21世紀社會(huì )進(jìn)步進(jìn)程的產(chǎn)業(yè)革命。
從2014年起，德國就確立了名為“未來(lái)紡織”的國家戰略項目(futureTEX)。在德國人看來(lái)，今天的紡織業(yè)已不再是一個(gè)傳統產(chǎn)業(yè)，而是基于新材料、節能環(huán)保、智能產(chǎn)品等創(chuàng )造出的全新行業(yè)、產(chǎn)品和服務(wù)。德國人對紡織業(yè)的定位是：“要讓新型紡織、纖維作為工業(yè)4.0的急先鋒，成為德國較有創(chuàng )新活力的行業(yè)之一。”同樣在歐盟重塑紡織服裝產(chǎn)業(yè)的創(chuàng )新計劃中，高性能、多功能和智能化纖維都是核心主題。
全球范圍有關(guān)纖維改性的實(shí)驗室工作，2007年起就在《自然》雜志等刊出。歷經(jīng)十年發(fā)展，特別是近年來(lái)隨著(zhù)納米、材料、電子、信息等科技的加快滲透，這方面的發(fā)展出現拐點(diǎn)式增長(cháng)勢頭。
據美國領(lǐng)導革命性纖維計劃的麻省理工學(xué)院教授芬克今年4月的報告稱(chēng)，纖維中所含設備或芯片數量每隔12個(gè)月會(huì )增長(cháng)一倍，這種“智能纖維的摩爾定律”將創(chuàng )造出一個(gè)之前所沒(méi)有的全新行業(yè)。
大纖維的應用領(lǐng)域
讓我們從實(shí)用性和器物層面，來(lái)理解這場(chǎng)纖維革命將對人們的生活方式帶來(lái)哪些影響。
T恤〓智能手機
芬克教授在前不久的一次報告中，開(kāi)門(mén)見(jiàn)山地把 T恤和蘋(píng)果手機等同起來(lái)：蘋(píng)果手機良好功能的關(guān)鍵在于電子芯片，它結合了電子芯片和信息交流技術(shù)的優(yōu)勢。但其實(shí)形成網(wǎng)絡(luò )讓人們去交流的關(guān)鍵物件是光導纖維。所以，蘋(píng)果手機和纖維本質(zhì)上是相通的。
可穿戴電子的未來(lái)
過(guò)去4年，麻省理工學(xué)院的研究團隊在做的就是試著(zhù)讓纖維的功能多方便使用，試著(zhù)去設計和生產(chǎn)能當作工具的纖維?？梢园芽茖W(xué)家的工作想象成他們試圖在纖維內部建立一個(gè)完整的綜合插座，關(guān)鍵是這個(gè)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(diǎn)，有三個(gè)先決條件：首先，這種纖維需要多種材料構成，來(lái)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(guò)程也是決定結果功能的重要因素。因此，材料和構建同等重要。結果是纖維的尺度，即采用什么樣的尺寸才更適合纖維功能的發(fā)揮?？茖W(xué)家們馬上想到的是，可以從集成度較高的半導體裝置那里得到啟示。
具有聽(tīng)覺(jué)的纖維
既然纖維可以辨別物體，那么它會(huì )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，并繪制出纖維圖。把纖維的金屬線(xiàn)頭連接起來(lái)，接到多插頭插座上，這樣就能聽(tīng)到纖維傳導的聲音。不僅如此，如果你對著(zhù)纖維說(shuō)話(huà)，它就會(huì )收集聲音并將其轉換成電子。大約一年前，這些工作就發(fā)表在 《自然·材料》 雜志上。之后，麻省理工的科學(xué)家團隊利用這一技術(shù)，研制出能夠傳遞聲音的纖維。這一成果的核心，就是使纖維發(fā)射不同頻率的波長(cháng)。
具有聽(tīng)覺(jué)的纖維對我們有什么吸引力呢？很多人喜歡一邊跑步一邊聽(tīng)音樂(lè )，可當你跑步的時(shí)候耳機總是掉，就會(huì )感覺(jué)很不舒服。一旦日后可以把這類(lèi)纖維嵌入衣服中，形成振動(dòng)波長(cháng)，就足以引導聲音，這樣一來(lái)，就沒(méi)有必要往耳朵里塞東西，衣服會(huì )直接把聲音傳到耳朵?？茖W(xué)家預計，很快人們就可能對這種實(shí)用性的纖維加以利用。
變色纖維
科學(xué)家在纖維中加入了可以顯色的物質(zhì)，這種物質(zhì)見(jiàn)到光，會(huì )發(fā)生改變。在東華大學(xué)纖維材料改性國家主要實(shí)驗室里，一種能主動(dòng)感知外界環(huán)境并作出相關(guān)反應的纖維，可以自己發(fā)電、發(fā)光、發(fā)熱、變色、變形。王宏志教授課題組經(jīng)過(guò)多次反復實(shí)驗，已經(jīng)實(shí)現纖維在通電環(huán)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(shí)現紅、黃、藍三色變化，并能保持顏色達半小時(shí)。即使在扭曲、打結和編織的情況下，仍能變色。
香港理工大學(xué)陶肖明教授前兩年也開(kāi)發(fā)出這種變色衣服，他們采用的是塑料光纖，目前可以將光纖與LED技術(shù)連接起來(lái)，以控制變色和變圖案。
能發(fā)電、儲電的衣服
復旦大學(xué)高分子系彭慧勝教授在近期的一次演講中，向聽(tīng)眾展示了他的實(shí)驗室正在探索研發(fā)的智能纖維導向實(shí)際應用的幾項實(shí)驗，包括能發(fā)電、儲電的衣服和可變色發(fā)光的衣服。未來(lái)我們穿著(zhù)的衣服如果能發(fā)電的話(huà)，可以解決很多領(lǐng)域的用電需求，從而改變我們的生活。
要做成這種發(fā)電的衣服，首先要得到能發(fā)電的纖維。研究人員發(fā)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，可以制作成纖維碳納米管電池，然后制成衣服，這樣一件衣服一個(gè)白天 (10小時(shí)) 可發(fā)電6.1萬(wàn)毫安時(shí)，其電量可以為蘋(píng)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(fā)熱、可制冷，以輕松應對一些特別的條件。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，就可以在墻壁上爬行，變身現實(shí)版“蜘蛛俠”。
這種獨特纖維也可在醫學(xué)上開(kāi)展重要應用，比如香港理工大學(xué)陶肖明團隊研發(fā)出一種新生兒黃疸光療設備，稱(chēng)為“O－毯”，它包含一層發(fā)光織物，并夾在由面層、反光背面織物構成的覆蓋織物之間。這種布料由側發(fā)光聚合物光纖和紡織紗線(xiàn)組成，可提供波長(cháng)440－460納米的照射，強度符合美國兒科學(xué)會(huì )的標準。把這種發(fā)光纖維做成毯子，所發(fā)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里，而只要將毯子裹住嬰兒，就能起到更好的治療作用，同時(shí)也毋需讓嬰兒和母親分開(kāi)。
以上所介紹的智能纖維的各項功能，已在國內外不同實(shí)驗室先后成功得到可顯示的結果和數據，有些已從實(shí)驗走向樣品，少部分已在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化前的放大試驗。也正因為如此，大纖維吸引了一批風(fēng)險投資基金的關(guān)注，一部分具有前瞻性眼光的創(chuàng )新型企業(yè)，已開(kāi)始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化前期布局。
當然，這一領(lǐng)域的中外科學(xué)家們坦言，以上進(jìn)展基本上還處在實(shí)驗室階段，要將其中部分成果轉化為商品，還有很多科研工作需要完善。由智能纖維催生的大纖維產(chǎn)業(yè)革命不是天方夜譚，一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域正在萌動(dòng)。
文章來(lái)源：智能制造
