新型仿生纤维可制成超薄不透明服装

蚕丝织物因其色泽艳丽、清爽凉快而倍受珍视。近日,哥伦比亚工程研究人员发现一种野生蚕蛾,即马达加斯加彗星蛾(Argemamittrei)产生的纤维在光泽度和冷却能力方面非常优越：不仅具有优异的冷却性能,而且具有传输光信号和图像的特殊能力。进而,研究小组在彗星蛾茧纤维中发现与一维纳米结构相关的光学特性,并由此开发了一种自旋人造纤维技术,可以模仿天然纤维的纳米结构和光学特性。研究成果发表《科学和应用》杂志上。

“彗星蛾纤维是最好的天然纤维材料,可以阻挡可见光。类似的合成纳米纤维具有相似的光学特性,这对合成纤维工业具有重要的参考意义”,研究人员解释道：“这些纤维的另一个惊人特性是,它们可以引导光信号,甚至可以将简单图像从光纤一端传输到另一端。这意味着我们可以将它们作为生物相容性和可生物吸收的材料,用于生物医学应用中的光信号和图像传输。”

家蚕纤维在光学显微镜为透明的固体,但是由彗星蛾纤维具有高度的金属光泽,且含有高密度的纳米纤维状空隙,它们沿着纤维分布,并引起强烈的镜面反射。这种天然纤维的厚度约为50μm,是人类头发直径的1倍,可反射超过70%的可见光。而包括丝织物在内的普通纤维总厚度达彗星蛾纤维10倍才可达到同等的反射率水平。此外,彗星蛾纤维的高反射率远远超出可见光范围,甚至延伸到人眼看不见的红外光,因此具有吸收紫外线的能力,这使它成为阻挡阳光的理想材料。

受此启发,研究人员发明了新的纤维牵引方法来模拟彗星蛾纤维纺丝机制,通过嵌入高密度的微粒或丝状空隙,制备的纤维获得了比天然纤维高出几倍的空隙,纤维能够反射93%的阳光。目前,研究人员可使用两种材料生产这些仿生纤维：天然材料(如再生丝)和合成聚合物(如聚偏二氟乙烯),前者适合于需要生物相容性的应用,后者适合于高通量生产。

研究人员表示,通过高通量、高产量的纤维纺丝工艺在纤维的微小截面上进行结构工程设计,可以赋予纤维及其纺织品全新的光学和热力学性能,这甚至可以改造合成纤维工业。这些仿生纤维可用于制作具有“空调”特性的超薄夏装,只需要几层纤维就可以制成完全不透明的织物,它的厚度甚至比纸张还要薄。当人体出汗时,这种材料也不会像普通纺织品一样变成半透明状态。此外,由“多孔”纤维制成的超薄服装将通过汗液蒸发、人体微环境和外部环境之间的气流以及身体对外界环境的辐射来促进冷却。