改变生产生活方式的新型纤维
2024-12-18 00:00:00李伟
检察风云 2024年23期
纤维作为一种重要的工业原材料，正在新科技的推动下快速升级迭代。几种新近研发成功的新型纤维，引领着材料科技的发展方向，有望在诸多方面改变人们的生产生活方式。
能隔空取物的黏性纤维
据美国《先进功能材料》杂志报道，今年10月，美国塔夫茨大学的一个科研团队受蜘蛛侠从手腕射出蛛丝的科幻场景启发，发明了一种能发射的黏性纤维。科研人员利用从蚕蛾的茧中提取的丝素蛋白，经过煮沸处理将其分解成基本蛋白质成分。当这种丝素蛋白溶液通过细孔挤出，并与特定的添加剂混合时，就能在接触空气后迅速凝固，形成一种具有强大黏附力和较高抗拉强度的纤维。
大自然中蜘蛛吐丝的现象，为科幻电影《蜘蛛侠》中的桥段带来灵感，也激发了观众的无限遐想。影片令人脑洞大开的想象力，进一步启发科学家研制出具有超强黏附力、承重力和拉伸弹性的纤维，从而让科幻般的场景变成了现实。
该科研团队在实验中发现，当使用丙酮清洁玻璃器皿时，其底部出现了网状物质。这种现象帮助他们解决了复制蛛丝过程中遇到的一些工程问题。丝素蛋白溶液在接触到乙醇或丙酮等有机溶剂时，会缓慢固化成半固体水凝胶。为了进一步优化黏性纤维的性能，科研人员将多巴胺添加到丝素蛋白溶液中，这有助于加速液体向固体转变的过程。有多巴胺作为黏合剂，溶液的固化过程就变得非常迅速。多巴胺的作用机制类似于海洋生物藤壶所产生的化学反应，能促进纤维牢固地黏附于各种物体的表面。
纤维溶液被一层丙酮包裹，通过同轴针孔发射出去，在空中即刻凝固。随着丙酮的蒸发，纤维会立即附着到其所接触的物体上。纤维溶液中的硼酸盐缓冲剂让其黏附性增强了18倍。在此基础上，科研人员引入了壳聚糖（源自昆虫的外骨骼），将黏性纤维的抗拉强度提高了200倍。
黏性纤维的直径能够调节，最小直径比人类的发丝还细，最大直径则为0.5毫米，这主要取决于所用发射器的孔径。
这种黏性纤维展现出惊人的承重能力。为验证这一点，该科研团队展示了从12厘米远的距离上使用这种纤维提起蚕茧、钢螺栓、漂浮于水面上的试管、埋藏于沙子中的手术刀以及木块等。
该科研团队负责人表示，这种新型黏性纤维为开发隔空取物式机械系统打开了一扇门。通过优化发射设备和黏性纤维的性能，隔空抓取更大、更重的物体将成为可能。未来的隔空取物设备有望改变某些工业生产线以及物流配送系统的运行方式，大幅提高生产效率。
自发光纤维利用人体供电
据英国《新科学家》杂志报道，英国伦敦大学学院的一个科研团队新近研发出一种无需芯片和电池就能发光的纤维。它有望改变人与环境以及人与人之间的交互方式，具有广泛的应用前景。
因为具有更好的透气性和柔软度，电子纺织品被视为理想的可穿戴设备载体。然而，现有的电子织物大都基于“冯·诺依曼架构”形成不同的功能性纤维组件，然后再与芯片进行集成。这样往往会在穿戴舒适性、无缝集成和电力续航等方面遇到问题。
基于“人体耦合”的能量交互机制，该科研团队开创性地研发出新型自发光纤维，将能量采集、信息感知与传输等功能集成于单根纤维中。用这种纤维编织成的纺织品无需依赖芯片和电池，便可实现发光显示、触控等人机交互功能。这不仅可以简化硬件结构，还能让智能纺织品摆脱传统电池和芯片的束缚，实现真正的无线智能化。
自发光纤维巧妙地利用环境中的电磁能量作为无线驱动力，然后通过人体这个导体将能量传递到纤维上，促成“人体耦合”的能量交互。在添加特定材料后，用手轻轻触碰，这种新型纤维就会发光。
新型自发光纤维具有三层鞘芯结构：内层是感应交变电磁场的纤维天线，中层是提高电磁能量耦合容量的介电层，外层是对电场极为敏感的发光层。这些原材料都比较常见，成本较低，且生产工艺成熟，具备量产的条件。
自发光纤维的诞生不仅为智能纺织品提供了新的设计空间，还有助于推动电子产品在日常生活中的广泛应用。该科研团队表示，它可以应用到服饰、布艺装饰等日用纺织品中。在与人体接触时，它可以通过发光来实现可视化的传感、交互甚至高亮度照明。
更引人关注的是，这种纤维能够识别人体不同的动作和姿态，从而产生特定的无线信号，以实现对智能家电等电子产品的遥控。这意味着我们距更加智能互联的生活方式又近了一步。
植物源纤维健康环保
据英国《自然》杂志报道，一种新型植物源纤维在国际市场上得到广泛认可。它作为前沿新材料已开始在大众生活中发挥重要作用。
从材料特性来说，植物源纤维比其他纤维材料性能更优。相关测试结果显示，植物源纤维对比棉纤维，在耐拉扯性、耐磨性、吸水性、亲肤性等多方面都具备明显优势。
植物源纤维距离大众生活并不遥远。美国杜克大学的一项研究显示，植物源纤维可以制成人造软骨。类似于天然软骨中胶原纤维的植物源纤维，在人体拉伸时展现出的强度更高。人造软骨在张力、耐压性、耐磨性等方面都远超天然软骨。
植物源纤维具备生物可降解性、无毒性，符合作为止血材料的要求。有医疗器械公司正在以其为原料研制纱布及纤维片，作为手术过程中的止血植入材料。它们在一段时间后能被人体安全吸收。
植物源纤维具有透气、吸水、耐磨等多方面性能优势。它取自木材、竹子等，且在种植过程中未被喷洒农药、杀虫剂等，更加绿色环保，也更加安全健康。在服饰领域，植物源纤维具有广阔的应用前景。凭借可循环、可降解、零污染的特性，以及接近人体皮肤表层的含水率、更亲肤透气的穿着体验，它可以在一定程度上取代棉纤维等传统原料。
在与大众生活息息相关的日化领域，“类棉更胜棉、类丝更胜丝”的植物源纤维有着巨大的应用潜力。其优异的性能有望解决湿巾、柔巾等一次性用品的研发难题。以常见的柔巾（洗脸巾）为例。作为与人体肌肤亲密接触的产品，高质棉纤维的成本较高。植物源纤维在厚度、韧性、柔软度等方面的优势，可以构建性能、成本和效益的“平衡三角”。一些母婴用品品牌已经尝试推出了以植物源纤维为原料的柔巾，并实现了高克重、软手感和高吸水率的应用体验。
编辑：姚志刚 winter-yao@163.com
