,成為高強度繩索的首選。
能感知 、可穿戴
、應用廣
,新型纖維材料有望讓科幻場景變成現(xiàn)實
單就材料性能而言,合成纖維似乎已經到達極限
,但科技發(fā)展永遠需要想象力
。在不少科幻電影里,人們身上的衣服不僅可以“七十二變”
,還集成了各種電子產品
,像一位智慧超群的得力助手。隨著材料科學不斷發(fā)展并與光學
、電磁學
、信息技術等其他學科交叉融合,智能纖維材料有望讓科幻場景變成現(xiàn)實
。
智能纖維材料集成傳感器和各種功能材料
,能夠敏銳感知并響應外界環(huán)境的微妙變化。這樣的特性源自其多尺度精細結構
,獨特的光
、電、力
、熱
、磁性能,以及柔性功能
。由此
,便攜式電子產品、人機接口電極
、能量存儲和轉換設備等都能夠集成于纖維狀智能材料
,并被編織成可穿戴、可響應
、可美化的柔性紡織品
,在智慧監(jiān)測、智慧醫(yī)療
、智慧交通
、智慧生活等領域發(fā)揮重要作用。
以一種新型“不插電”智能纖維為例
,它基于與人體相匹配的能量交互機制,集無線能量采集
、信息感知與傳輸等功能于一身
。這種纖維編織成的智能紡織品,無需依賴傳統(tǒng)的芯片和電池
,便能實現(xiàn)發(fā)光顯示
、觸控等人機交互功能
,有效簡化可穿戴設備和智能紡織品的硬件結構,有望解決目前可穿戴設備“不舒服”的難題
。這一突破性成果
,為人與環(huán)境的智能交互開辟新的可能,展現(xiàn)了智能纖維材料的廣泛應用前景
。未來
,智能纖維將在與生產生活各領域的融合發(fā)展中,伴隨我們走進更加智能
、便捷和舒適的未來生活
。
在交叉融合以外,新型纖維材料也在最基礎
、最本質的材料來源上努力實現(xiàn)突破
。科學家們將目光投向遙遠的月球
,創(chuàng)制一種神奇的纖維材料——月壤纖維
。月壤,這層覆蓋在月球表面的神秘面紗
,由細小的巖石
、礦物顆粒和微小的玻璃珠組成。它的主要成分包括硅酸鹽
、氧化物和少量金屬元素
,通過高溫熔融和拉絲技術,這些成分可以轉化為具有卓越性能的纖維材料
。在地球上
,玄武巖纖維以其優(yōu)異的力學性能、耐腐蝕性
、寬廣的工作溫度范圍和低熱導率
,成為建筑、交通等領域的重要材料
。月壤與地球的玄武巖礦石在成分和性質上有著驚人的相似之處
。借鑒地球上玄武巖纖維的制備技術,利用月壤拉制的纖維有望成為月球基地建設材料
,滿足原位取材需求
。有了“造房子”的材料,到地球外長期居住并進行能源開發(fā)也許會成為現(xiàn)實
,進而打開人類通往宇宙深處的大門
。
隨著科技不斷進步,新型纖維材料的研究應用正邁上新的臺階。目前
,科研工作者正充分利用材料科學
、物理化學、電子信息
、系統(tǒng)科學等多學科知識
,不斷創(chuàng)制新型纖維材料,賦予其前所未有的性能和功能
。直徑更細
、鏈取向更好、結構缺陷更少
,以最小能量實現(xiàn)更復雜功能及更高性能
,成為新型纖維材料的發(fā)展方向。除了性能上的飛躍
,未來的纖維材料還將對自然更加友好
。基于人類的可持續(xù)發(fā)展
,生物基纖維和生物可降解纖維的創(chuàng)新開發(fā)
,將為我們解決環(huán)境污染問題提供新的思路。
一根根纖維
,見證了人類的發(fā)展
,連接著未來生活。從天然纖維的質樸
,到合成纖維的多樣
,再到智能纖維的奇妙,纖維材料每一次技術革新
,都在為人類生活增添新的色彩
,帶來新的驚喜。如今
,纖維材料科學已成為多學科交叉的研究前沿
,纖維技術也成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要組成部分。我們期待
,更多先進纖維材料為生產生活帶來便利
,為我國產業(yè)轉型升級注入動力。
(作者為中國科學院院士
、東華大學材料科學與工程學院院長)
來源:人民日報 作者:朱美芳