用于太阳能发电的纤维集热器与利用生物发光的衣服

文/侯海燕

人类对能源的渴求是无法满足的。随着新型电子产品越来越多，移动能源愈加变得重要。不仅如此，人几乎总是在移动，因此需要依赖移动电源来为智能手机、平板电脑和笔记本电脑充电。固定的电源插座在未来可能会过时，而移动电源可能来自我们自己的衣服。一种应用于纺织纤维上的新聚合物很快可以成为太阳能收集器，从而为创造新型的移动电源创造了条件。

瑞士材料实验室（EMPA）研究人员开发出一种类似于发光太阳能聚光器(LMC)的材料，这种材料用纺织纤维做成，因此它被认为是为服装收集型的移动能源开辟了可能性。LMC早已被用于太阳能工业。这种发光材料利用LSC捕捉环境中的散光，然后将其转化为电能并将其传输到蓄电池。然而，LSC目前仅能作为刚性部件，不适合用于纺织品，因为它既不灵活，也不能渗透到空气和水蒸气中。

由EMPA的仿生膜和纺织品实验室专家卢西安诺·博赛尔（Luciano Boesel）领导的跨学科研究小组现已成功地将其中几种发光材料结合到一种聚合物上，这种聚合物恰恰避免了LSC的弱点，提供了所需要的柔韧性和透气性。

这种新材料是基于两亲性共网（APCNs）聚合物制成的，这些聚合物早已为专家熟知，并且以硅酮—水凝胶隐形眼镜的形式应用于市场。APCN具有特殊性质，即存在空气和水蒸气的渗透性以及柔韧性和稳定性，它有利于提高视觉，并且有特殊的化学性质。科学家将这种聚合物在纳米尺度上加入两种不相容的发光材料，并让其相互作用。此外，他们与EMPA其他实验室如薄膜实验室和光电池实验室，以及高纤维实验室合作，在凝胶体中添加了两种不同的发光材料，使其成为一种灵活的太阳能集光器。就像大规模集热器一样，这类发光材料能捕捉到的光谱比传统的玻璃光谱要宽得多。这样一来，新型太阳能聚光器即可应用于纺织纤维，而不会使纺织品变脆，也不容易开裂或以汗液的形式积累水蒸气。穿在身上的太阳能聚光器为日益增长的能源需求提供了巨大的好处，特别是为便携式设备提供了能源条件。

与之同时，瑞典博拉斯大学的一位研究人员斯维塔·利尔（Sweta Lyer）利用生物基研发出一种发光的纺织品，它可通过使用生物发光反应来产生能源。该大学的一位研究人员已证实，发光纺织品使用生物发光反应系统来制造。她在博拉斯大学纺织技术领域的博士论文中提及，了解不同生物体内存在的生物发光反应机制和反应体系非常重要，因为这样才能在纺织品中产生发光效应。利用生物发光的纺织品，即用一种生物启动电流的方法是基于自然界中存在着的特性生物。

这项研究的旅程始于斯维塔在印度孟买大学物理化学硕士毕业后，开始同时为几家纺织公司担任研究员。这让她对纺织工艺和服装加工业都有了深入的了解。最初引起她兴趣的问题是，如何将新型化学物质应用于纺织品以实现新的功能。自然界中的生物发光体及其反应机制在生物学和生物化学中早已有长足的研究，但以前并没有应用于纺织品。因此斯维塔意识到，这是一个填补纺织研究空白的机会。她的研究采用了生物固化酶和等离子体处理等生态方法。她认为，传统的染色和印染方法原则上是有效的，但并不属于可持续的节约型工艺。她因此通过喷墨和印花向人们展示，虽然过去的工艺也可持续，但与环境的要求相去甚远。而她攫取生物光源的方式属于资源节约型方法并且得到成功的验证，她的这个理念受到广泛的欢迎。

发光材料在生物医学、生物传感、安全、建筑和美学等领域有着广泛的应用前景。不仅如此，生物发光材料还能获得紫外线保护和抗菌等多种功能。专家认为，一旦上述两项技术融合，那么智能穿戴的大多数瓶颈问题均可获得解决。生物发光与太阳能集热器的材料可促使智能穿戴如虎添翼，应用更宽更广，甚至直接服务于日常电子产品。若这样，人类的智能穿戴将获得全方位的提升，为人类造福不再是梦想。

（据美国《纺织创新》和高级纺织资源网 https://www.innovationintextiles.com/solar-collector-for-energygenerating-clothing/https://www.innovationintextiles.com/solar-collector-for-energy-generating-clothing/https://advancedtextilessource.com/2020/10/26/biobased-products-can-produce-luminescent-textiles/近期资料）