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用蠶絲纖維開(kāi)發(fā)的智能靈感復(fù)合材料
2012-8-20 來(lái)源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞:蠶絲纖維 復(fù)合材料 智能 英國(guó)
    據(jù)英國(guó)路透社近期報(bào)道蠶繭絲可做轎車(chē)控制板,絲綢衣服可充電,織物可智能化,用來(lái)打電話(huà)現(xiàn)已逐漸為人們所接受。
    由美國(guó)空軍投資,科學(xué)家在纖維領(lǐng)域再次獲得突破,讓纖維實(shí)現(xiàn)多功能化。材料科學(xué)日益顯示出它的魅力,英國(guó)牛津大學(xué)研究人員大衛(wèi)·波特與中國(guó)學(xué)者陳福佳在英國(guó)皇家協(xié)會(huì)《交流》期刊上發(fā)表了一項(xiàng)研究報(bào)告,稱(chēng)重量極輕卻堅(jiān)韌的纖維可用來(lái)制造保護(hù)性頭盔和高性能裝甲防護(hù)設(shè)備。這種設(shè)備在用于排雷時(shí)效果特佳。
    波特與陳先生在報(bào)告中說(shuō),蠶繭擁有十分優(yōu)化的結(jié)構(gòu),在面臨外界許多不同威脅時(shí)能起到很好的保護(hù)作用。其結(jié)構(gòu)輕巧、強(qiáng)度高,能透氣,屬于生物靈感型復(fù)合材料。
    由此,他們共同開(kāi)發(fā)出能抵御爆炸的輕量級(jí)防護(hù)裝甲。其材料可用于現(xiàn)代汽車(chē)易碎部件或吸音材料,也可用于潛艇隱身材料。從經(jīng)濟(jì)角度看,商業(yè)誘惑力更強(qiáng),因?yàn)檫@種材料可用于制造汽車(chē)控制面板,尤其是在汽車(chē)工業(yè)高速發(fā)展的中國(guó)和印度國(guó)家等特別適合。
    牛津大學(xué)專(zhuān)家為此組成了專(zhuān)家組,他們認(rèn)為這種材料的來(lái)源豐富,價(jià)格低廉,全世界每年產(chǎn)蠶絲高達(dá)50萬(wàn)噸,大多數(shù)用于紡織生產(chǎn)。原材料主要來(lái)源于發(fā)展中國(guó)家,也具有可持續(xù)性,屬于低碳工業(yè)。蠶繭的生產(chǎn)不像養(yǎng)牛工業(yè),會(huì)產(chǎn)生甲烷氣體。它來(lái)自桑樹(shù),本身具有低排放的性質(zhì)。由此,這些專(zhuān)家開(kāi)始進(jìn)一步研究其價(jià)值,希望開(kāi)發(fā)出換代產(chǎn)品。蠶繭結(jié)構(gòu)的商業(yè)化開(kāi)發(fā)在過(guò)去就有,最著名的是所謂的“荷葉效應(yīng)”項(xiàng)目。荷葉出于污泥而不染一直成為佳話(huà)。研究人員最后發(fā)現(xiàn),這是因?yàn)楹扇~表層有許多微型瘤,這種瘤能有效阻擋水分滲入。水滴由于不能滲入,只能形成大水滴將污泥帶走。由此,人們開(kāi)發(fā)出自潔式窗戶(hù)、高級(jí)外墻涂料、可穿來(lái)用于灌木林行走的長(zhǎng)褲、瑞士工程師開(kāi)發(fā)出維可牢尼龍塔等等。
    不僅如此,科學(xué)家還依據(jù)烏賊和斑馬魚(yú)的變色功能開(kāi)發(fā)出仿生的“變色人造肌”,生產(chǎn)出智能化服裝系列。這是英國(guó)布里斯托爾大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出來(lái)的柔軟有彈性的基于特殊細(xì)胞的人造肌肉組織,稱(chēng)為色素體。而這種元素已在部分魚(yú)類(lèi)和爬行動(dòng)物里內(nèi)發(fā)現(xiàn)。這種元素可讓動(dòng)物變換色彩。
    布里斯托爾大學(xué)項(xiàng)目主任羅西特說(shuō),“我們從自然設(shè)計(jì)和探索中獲得靈感,模仿其原理制造出難以想象的可視效應(yīng)。”由此,他們的論文發(fā)表在英國(guó)物理研究院學(xué)刊《生物靈感》和《仿生學(xué)》上。
    該大學(xué)科學(xué)家認(rèn)為,用這種偽裝技術(shù)可調(diào)節(jié)穿衣人的體溫,而斑馬魚(yú)可將一種流體色素從體內(nèi)排到體表。由此,羅西特的專(zhuān)家們得以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)發(fā)出這種仿生產(chǎn)品。由此,利用仿生學(xué)又開(kāi)發(fā)出熱調(diào)節(jié)系統(tǒng),使服裝作為人體“第二層皮膚”,即可將熱作為流體排出。當(dāng)穿衣人寒冷時(shí),流體與皮膚接近,穿衣人熱起來(lái)時(shí),它可將熱氣排出第二層皮膚之外。
    羅西特和他的團(tuán)隊(duì)已開(kāi)始開(kāi)發(fā)其它領(lǐng)域的利用潛力。從人造皮膚到人機(jī)對(duì)話(huà)或電子設(shè)備,無(wú)不成為他們探究的領(lǐng)域。他們已打算將實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)發(fā)出的原型應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
    此外,英國(guó)?巳卮髮W(xué)的研究人員在《高級(jí)材料》雜志上發(fā)表文章稱(chēng),他們也開(kāi)發(fā)出世界上最透明的輕質(zhì)柔韌型,甚至具有電傳導(dǎo)功能的纖維材料和織物。這種材料是基于石墨單原子層的碳化纖維,其原子強(qiáng)度是鋼材的100倍,這種材料的開(kāi)發(fā)成功可使粘附在衣服上的移動(dòng)電話(huà)和MP3播放器加速實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
    該大學(xué)的研究人員目前正進(jìn)入開(kāi)發(fā)這種透明材料的噴霧版。其目的就是要開(kāi)發(fā)出“智能化體血衫”,而另一種正在開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品則是將窗玻璃轉(zhuǎn)化為太陽(yáng)能屏板,它可提高現(xiàn)今使用的太陽(yáng)能集熱效能30%。
    目前,市面上電子元件采用的主要導(dǎo)電材料集熱材料是氧化銦,這種材料具有柔韌性,資源有限,在五年內(nèi),世界將接近枯竭,因此價(jià)格也十分昂貴。羅西特專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出來(lái)的材料是銦最好的替代產(chǎn)品。
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