您好，欢迎访问开云网站！
您好，欢迎访问开云网站！
集团动态
联系开云
发布日期：2024-11-22 作者：开云
朱美芳肖像画。张武昌绘 ?
朱美芳在尝试室。资料图 ?
朱美芳（右二）与团队成员在会商尝试中碰到的问题。资料图 ?
2024年6月，嫦娥六号着陆器携带的五星红旗在月球后背成功睁开，这一抹亮眼的“中国红”由玄武岩拉成的细丝织就，代表了国际纤维材料手艺前沿。早在远古期间，人类就最先操纵动物外相、树皮和草叶等自然纤维材料制裁缝物抵抗严寒。与人类社会同步成长的纤维材料，正借助一系列新手艺焕发新貌，从缝制衣服的布料演进为办事在衣食住行和出产糊口各个方面的进步前辈根本材料。
从提取自然纤维到合成纤维高速成长
纤维材料是指具有足够的细度（直径＜100微米）和长径比（长度/直径＞1000），具有定领导向性、可编程性、可柔性加工的物资。纤维材料手艺降生在适用需要。陪伴体毛逐步退化，人类学会了从亚麻、棉花、羊毛和蚕丝等动植物中提取纤维，将其精制成更加柔嫩和耐用的布料。在古印度，棉花被织成布料，由此传遍世界各地；古埃和人用亚麻建造衣物；中国的丝绸不但适用与美感兼具，也以此为纽带构成了沟通世界的丝绸之路，鞭策了商业成长与文明交换。这些自然纤维来自豪天然，从原有材料某人工豢养培育提拔的动植物身上直接获得，遍及具有较好的吸湿性、透气性、亲肤性和情况友爱特征，首要利用在纺织工业。
自然纤维细度和长度不平均、伸长能力衰，化学纤维手艺应运而生。早在1664年，科学家提出假想：对自然高份子某人工合成高份子材料进行加工处置，制成纤维材料。但因为那时人们对纤维的根基布局知之甚少，这一设法直到200多年后的19世纪才得以实现。1891年，人造丝（粘胶纤维）初次制造成功，标记着人类最先有能力制造化学纤维。1935年，聚酰胺纤维的发现，首创了合成纤维的汗青。这类纤维材料还一小我们熟习的俗称：尼龙。尼龙的耐磨性是棉花的10倍，强度比棉花高1—2倍、比羊毛高4—5倍，能承受上万次弯折而不竭裂，化学不变性强，是衣物、绳子等的抱负材料，在多个范畴敏捷代替自然纤维。紧随厥后，由有机二元酸和二元醇经由过程化学缩聚获得的合成高份子制成的聚酯纤维（涤纶）、以石油精辟副产品丙烯为原料制成的聚丙烯纤维（丙纶）等合成纤维接踵问世。
除尼龙、涤纶、丙纶，常见的合成纤维还腈纶、氯纶、维纶、氨纶和聚烯烃弹力丝等。这些纤维材料均由合成的高份子化合物制成，就像天然界中的新物种，以其独有的特征和优势，拓宽了纤维材料的利用规模，不但在平常糊口中饰演侧重要脚色，还在工业出产中揭示出庞大的潜力。
20世纪下半叶，合成纤维材料迎来高速成长期间。跟着人工合成高份子材料的年夜量出现和现代高份子科学的前进，高机能纤维作为合成纤维家族的新成员逐步崭露头角。科学家们奇妙操纵份子设计、高份子合成与纤维加工手艺，缔造出一系列机能优良的进步前辈纤维材料。好比，碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强高模纤维，具有高强度、轻质和耐高温特征，直径只有头发丝的1/10至1/12，强度倒是铝合金的4倍以上，在航空航天、体育器材和高铁汽车等范畴年夜显身手。又如芬芳族聚酰胺纤维（芳纶），以其防弹、防火和耐化学侵蚀的特征，在工业防护和军事范畴占有主要地位。还超高份子量聚乙烯纤维，以其极高的强度和优良的耐磨机能，成为高强度绳子的首选。
新型纤维材料的研究利用正迈上新台阶
单就材料机能而言，合成纤维仿佛已达到极限，但科技成长永久需要想象力。在很多科幻片子里，人们身上的衣服不但可以“七十二变”，还集成了各类电子产物，像一名聪明超群的得力助手。跟着材料科学不竭成长并与光学、电磁学、信息手艺等其他学科交叉融会，智能纤维材料有望让科幻场景酿成实际。
智能纤维材料集成传感器和各类功能材料，可以或许灵敏感知并响应外界情况的奥妙转变。如许的特征源自其多标准邃密布局，怪异的光、电、力、热、磁机能和柔性功能。由此，便携式电子产物、人机接口电极、能量存储和转换装备等都可以或许集成在纤维状智能材料，并被编织成可穿着、可响应、可美化的柔性纺织品，在聪明监测、聪明医疗、聪明交通、聪明糊口等范畴阐扬主要感化。
以一种新型“不插电”智能纤维为例，它基在与人体相匹配的能量交互机制，集无线能量收集、信息感知与传输等功能在一身。这类纤维编织成的智能纺织品，无需依靠传统的芯片和电池，便能实现发鲜明示、触控等人机交互功能，有用简化可穿着装备和智能纺织品的硬件布局，有望解决今朝可穿着装备“不舒适”的困难。这一冲破性功效，为人与情况的智能交互斥地新的可能，揭示了智能纤维材料的普遍利用前景。将来，智能纤维将在与出产糊口各范畴的融会成长中，陪伴我们走进加倍智能、便捷和舒适的将来糊口。
在交叉融会之外，新型纤维材料也在最根本、最素质的材料来历上尽力实现冲破。科学家们将眼光投向遥远的月球，创制一种奇异的纤维材料——月壤纤维。月壤，这层笼盖在月球概况的神秘面纱，由藐小的岩石、矿物颗粒和细小的玻璃珠构成。它的首要成份包罗硅酸盐、氧化物和少许金属元素，经由过程高温熔融和拉丝手艺，这些成份可以转化为具有出色机能的纤维材料。在地球上，玄武岩纤维以其优良的力学机能、耐侵蚀性、宽阔的工作温度规模和低热导率，成为建筑、交通等范畴的主要材料。月壤与地球的玄武岩矿石在成份和性质上有着惊人的类似的地方。鉴戒地球上玄武岩纤维的制备手艺，操纵月壤拉制的纤维有望成为月球基地扶植材料，知足原位取材需求。有了“造房子”的材料，到地球外持久栖身并进行能源开辟或许会成为实际，进而打开人类通往宇宙深处的年夜门。
跟着科技不竭前进，新型纤维材料的研究利用正迈上新的台阶。今朝，科研工作者正充实操纵材料科学、物理化学、电子信息、系统科学等多学科常识，不竭创制新型纤维材料，付与其史无前例的机能和功能。直径更细、链取向更好、布局缺点更少，以最小能量实现更复杂功能和更高机能，成为新型纤维材料的成长标的目的。除机能上的奔腾，将来的纤维材料还将对天然加倍友爱。基在人类的可延续成长，生物基纤维和生物可降解纤维的立异开辟，将为我们解决情况污染问题供给新的思绪。
办事国度计谋财产和财产转型进级
因为纤维材料的柔性和多样化的可加工特征，其利用已超出了传统织物和纺织品，在计谋性新兴财产如人工智能、电子信息、航空航天、新能源、生物医药等范畴具有更普遍的利用。纤维新材料的成长具有高科技、高效能、高质量特点，亟须与物理、化学、生物、医学和信息手艺等融会，开辟具有高机能、多功能、更智能和可延续的纤维材料与器件，实现多功能耦合与杂化，知足将来财产的利用需求。跟着根本研究的成长和纤维制造手艺的前进，中国化纤行业稳步增加，世界上年夜约70%的合成纤维产自中国。但是，国内根本理论与高机能纤维和其复合材料的财产成长依然掉队在发财国度。一些要害手艺的工业化仍未解决，是以部门高机能纤维和复合材料依然依靠进口。纤维材料，特殊是高机能、生物基和可延续纤维材料，在“十四五”计划中被列为亟须改良和成长的要害计谋性材料。
与此同时，人工智能正在影响着每一个人的糊口，具有交互式功能的智能纤维被认为是下一代纤维。跟着纳米手艺和材料科学的成长前进，我们团队经由过程有机—无机杂化策略，引入多功能基元，设计修建跨标准（包罗份子、纳米、微米级）布局，并成立功能耦合和传递机制，将智能功能融入纤维中，以实现光电转换、力学响应和生物兼容性等多种功能。基在多标准邃密布局和怪异的光、电、力、热、磁机能的一维材料系统成为“F（Functional）+I（Intelligence）+B（Brainy）+E（Electronic）+R（Responsive）”闭环系统的主要构成部门。基在智能纤维的便携式电子产物、人机接口电极、能量存储和转换装备可以被编织成可穿着纺织品，将来将在聪明监测、聪明医疗、聪明交通、聪明糊口等范畴阐扬要害感化。
整体而言，纤维制备的挑战是若何制备具有更细直径、更好链取向、更少布局缺点并以最小的能量实现更复杂功能的纤维。纤维科学已成长为一个多学科交叉的研究前沿，纤维手艺同样成为影响和指导现代工业成长标的目的的主要手艺范畴。纤维材料作为新质出产力的典型代表，其成长方针是经由过程手艺立异和冲破，充实操纵材料科学、物理化学、电子信息、系统科学等多学科常识，基在耦合和杂化理念，创制纤维新材料，办事国度计谋财产和财产转型进级。
一根根纤维，见证了人类的成长，毗连着将来糊口。从自然纤维的朴素，到合成纤维的多样，再到智能纤维的奇奥，纤维材料每次手艺改革和成长，都不竭为人类糊口增加新的色采，带来新的欣喜。
现在，纤维材料科学已成为多学科交叉的研究前沿，纤维手艺同样成为现代工业成长的主要构成部门。我们等候，更多进步前辈纤维材料为出产糊口带来便当，为中国财产转型进级注入强劲动力。
（作者为中国科学院院士，东华年夜学材料科学与工程学院院长、纤维材料改性国度重点尝试室主任；持久从事纤维材料的复合化、功能化和智能化研究，提出并成立了热塑性聚合物纤维功能化设计思绪和全流程功能化手艺系统，建立了介不雅引诱制备智能纤维的新方式；获国度手艺发现奖二等奖、国度科技前进奖二等奖、何梁何利科学与手艺青年立异奖、全国立异抢先奖状等）
（原题目：创制纤维新材料 织就夸姣新糊口（科技名家笔谈 75年家国））
特殊声明：本文转载仅仅是出在传布信息的需要，其实不意味着代表本网站不雅点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或小我从本网站转载利用，须保存本网站注明的“来历”，并自大版权等法令责任；作者假如不但愿被转载或联系转载稿费等事宜，请与我们联系。