紡織品：纖維織物的前景

邢鴻飛/編譯

紡織品：纖維織物的前景

邢鴻飛/編譯

防水面料用于制作實驗服的袖子，其靈感來源于一種食蟲植物

●來自生物靈感的防水、防油及防其他液體的纖維和涂料，構(gòu)成了尖端技術(shù)布料的基石。

金弼齊（Philseok Kim）在注射器中注滿紅褐色的油，將它們滴在聚酯布料的樣品上。這種粘性流體一滴滴連串成滴注，慢慢滑入布料下的容器中，聚酯纖維干凈如初，如同剛剛出廠般一塵不染。金接著又噴注了一種紅顏料的水，它常被用作血液替代品。他說：“它們就這樣滾落下來?！?/p>

金是化學(xué)家，也是SLIPS技術(shù)公司的創(chuàng)始人，這是在馬薩諸塞州劍橋的一家公司，公司的名字來源于創(chuàng)造超光滑涂料的革新方法：光滑液體注入式多孔表面。SLIPS公司可以通過在任何材料中鎖定一種薄膜潤滑液使之產(chǎn)生無摩擦的底層。利用了豬籠草囊葉植物的捕蟲原理，SLIPS公司有一天會成為防水表層領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，他們的產(chǎn)品替代目前市場上另一種靈感來源于蓮屬荷花的模型設(shè)計，這種荷的葉子可以帶走水分。

根據(jù)SLIPS科技公司負(fù)責(zé)商業(yè)研發(fā)的副總裁斯科特·希利（Scott Healey）的介紹，公司的平臺在能源、汽車、環(huán)境以及制造業(yè)等領(lǐng)域有著諸多潛在的應(yīng)用。但在尖端紡織品領(lǐng)域中，技術(shù)還是首當(dāng)其沖。用希利的話說：“有幾家紡織品和服裝公司對我們都有興趣，市場已經(jīng)開始青睞我們?！?/p>

2014年10月，該公司與總部位于德國路德維希的化學(xué)制造商BASF公司首次簽署了合作關(guān)系，主要生產(chǎn)SLIPS涂層的熱塑性塑料制品，應(yīng)用于鞋類和其他領(lǐng)域。還有一些公司也表示有興趣合作研發(fā)運動服裝、建筑行業(yè)特制服裝、軍事戰(zhàn)服以及醫(yī)院的醫(yī)療服，所有這些都將應(yīng)用SLIPS的表層。希利說：“別的公司有想法，我們有技術(shù)，所以我們要想辦法將這些結(jié)合起來?！?/p>

SLIPS技術(shù)公司是由金和哈佛大學(xué)維斯生物工程研究所的材料專家喬安娜·艾森貝格（Joanna Aizenberg）共同創(chuàng)立，是將自然界中的常識應(yīng)用于紡織行業(yè)，在商業(yè)和學(xué)術(shù)界掀起新一輪浪潮的推動者之一。此項戰(zhàn)略有著一定的歷史，可以追溯到至少一個世紀(jì)前，19世紀(jì)晚期人造絲（當(dāng)時稱為粘膠纖維）的生產(chǎn)，以及上世紀(jì)40年代的丙烯酸（腈綸），研發(fā)的產(chǎn)品都是絲綢和羊毛的人工仿制品，到后來維可牢（一種尼龍搭扣）的發(fā)明，就是仿造蒼耳子植物的粘性果實。

然而今天的制作方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了合成纖維和面料扣件。從透氣的衣服到迷彩服系列，紡織設(shè)計師們正從自然進(jìn)化中獲得靈感，幫助他們解決相關(guān)問題。紐約州華盛頓港的一家市場調(diào)研公司NPD集團(tuán)的運動服裝分析師馬特·鮑威爾（Matt Powell）認(rèn)為：“人們隨處都在借用或者發(fā)現(xiàn)靈思妙策?？萍嫉陌l(fā)展令人吃驚?！?/p>

反射光賦予熱帶藍(lán)閃蝶的翅膀炫美色彩

創(chuàng)新涂料

艾森貝格和她的同事們于2011年首先命名了SLIPS，認(rèn)為生物靈感技術(shù)能夠在很多惡劣環(huán)境和溫度下排斥血液、油類及其他復(fù)雜流體。該項研究只應(yīng)用于固體表面，接下去的挑戰(zhàn)就是看看SLIPS在如棉制品和聚酯纖維等織物上有何進(jìn)展。

選擇使什么樣的織品用于測試，需要一個獨特的實地研究。此項目的首席科學(xué)家之一西西莉·席林福德（Cicely Shillingford）在一家商店篩選了一些知名品牌的運動服裝。她透過放大鏡仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)聚酯中密集的編織式樣，這有助于提高防護(hù)性，最終她選擇了一條耐克的運動短褲。

席林福德和諾亞·麥克卡倫（Noah MacCallum）當(dāng)時都是從加拿大安大略省滑鐵盧大學(xué)來訪的學(xué)生，他們將使用SLIPS的跑鞋和6個其他SLIPS指定的面料一起進(jìn)行一連串的實驗。他們扭曲并擦拭樣品，以檢查外層是否經(jīng)得起物理性損壞。他們使用兩個由美國紡織化學(xué)師與印染師協(xié)會定義的規(guī)格來分析樣本的防水性，并使用水蒸汽傳遞檢測標(biāo)準(zhǔn)檢驗樣本的透氣性。艾森貝格說：“除了透氣性，差不多在每一個點上，我們得到的結(jié)果都比其他（防水性）面料要好?！?/p>

由于SLIPS依賴帶有潤滑劑的防腐材料，“它直接在透氣性和防水性之間進(jìn)行權(quán)衡。”席林福德解釋道。今天的技術(shù)可以用于對透氣性要求不高的衣服，例如建筑工人穿的保護(hù)他們免受有害化學(xué)物質(zhì)的服裝。但對于那些強(qiáng)調(diào)防濕性能的運動服來說，一些科學(xué)家們已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向使用不同的植物性人工制品。

MMT紡織公司成立于2009年，經(jīng)營一種面料，該面料根據(jù)服裝在微氣候中的濕度不同，模仿松果的結(jié)構(gòu)張開或收縮。一般情況下，面料打濕后，紡織纖維會因為吸收了濕氣而膨脹。倫敦這家MMT紡織公司的纖維則截然不同：它們將兩種可以粘合成一種纖維的合成聚合物融合在一起。一種聚合物是斥水的，也就是說它防水；而另一種聚合物是吸濕的，能夠吸收濕氣。這兩層聚合物之間的張力使得纖維在受到水蒸氣的時候卷曲并收縮，就好像是雙層金屬片在溫度的變化下彎曲。干燥的條件下，MMT紡織公司的面料像松果一樣張開。碰到潮濕或出汗的情況，“紗線變得更緊，便提高了服裝的透氣性”。維羅妮卡·卡普薩利（Veronika Kapsali）解釋道?？ㄆ账_利是英國紐卡斯?fàn)柕闹Z森比亞大學(xué)仿生時尚品研究員，也是MMT紡織公司的技術(shù)總監(jiān)。

與SLIPS科技公司一樣，MMT紡織公司正與幾家國際服裝公司合作，開發(fā)生產(chǎn)運動服裝、牛仔布、床上用品以及其他材料?？ㄆ账_利希望2016年初能有產(chǎn)品上市。位于塞沃倫的瑞士Schoeller紡織公司，也有著松果式技術(shù)，稱作c-change。這種纖維根據(jù)不同溫度打開或關(guān)閉，并在必要的時候從服裝的內(nèi)部釋放溫暖或潮濕的空氣。一些高端的外套，包括為職業(yè)游艇比賽定制的服裝，已經(jīng)將透氣性能好的c-change技術(shù)設(shè)計融入其中。

外表的偽裝

仿生紡織品的敏感特性，例如防水性和透氣性的改善，可能會被肉眼所忽視。但對于其他生物靈感的設(shè)計，織物外觀的變化成了人們的設(shè)計目標(biāo)。

一些公司已經(jīng)從南美洲的熱帶藍(lán)閃蝶那獲得了啟發(fā)，正在研發(fā)無染料無色素的彩色纖維。蝴蝶的虹彩顏色并非來自顏料，而是因為它們翅膀上細(xì)微鱗屑反射了光而產(chǎn)生的。這些公司將幾十個超薄聚酯或尼龍層壓成薄片，來模仿這一效果，超薄層的厚度、它們的模式以及材料的不同折射率產(chǎn)生了不同的顏色。這一技術(shù)的支持者們聲稱，這些顏色不會褪色，而且制造過程是環(huán)保的，因為其中不涉及任何化學(xué)著色。南卡羅來納州克萊姆森大學(xué)研究仿生材料的聚合物纖維物理學(xué)家邁克爾·艾里森（Michael Ellison）表示：“利用光的折射來給東西著色的能力真是酷極了。”

美國軍方對變色織物也表現(xiàn)出更多的興趣。靈感集中于頭足類動物以研發(fā)更有效的偽裝技術(shù)；頭足類動物也就是海洋無脊椎動物，如烏賊和章魚，它們能夠自然地改變皮膚模式以應(yīng)對不同的視覺背景。2014年，在美國海軍研究辦公室的資助下，伊利諾大學(xué)香檳分校的研究者們公開報道了受到頭足類動物啟發(fā)而生產(chǎn)的柔性板，可以“讀取”周圍模式，并調(diào)整以適應(yīng)新環(huán)境。人造皮膚是仿造烏賊的斑點模式，以及小范圍的深淺塊狀。感應(yīng)器和變色材料的結(jié)合使得這些柔性板與背景匹配。原型很小，只有黑白色，但它的設(shè)計師們表示，該材料能夠按比例放大，并調(diào)整以涵蓋完整的色譜。

頭足類動物的影響遠(yuǎn)不止可見光譜。加利福尼亞大學(xué)歐文分校的材料科學(xué)家阿龍·格羅德斯基（Alon Gorodetsky）將這些動物身上獲得的靈感打造成了制作紅外隱身應(yīng)用的材料。他正在研究一種叫做reflectin的蛋白質(zhì)，通常可以在烏賊的皮膚中提取到。格羅德斯基使用了各種化學(xué)、機(jī)械和電的刺激后，已經(jīng)找到了一種根據(jù)reflectin蛋白質(zhì)來微調(diào)涂料的光學(xué)特征的方法，來恢復(fù)特定的光波長，尤其是那些在近紅外光中的特征。2015年2月，格羅德斯基和他的同事們發(fā)現(xiàn)，物理上拉伸這些蛋白質(zhì)的膜會導(dǎo)致反射比的可調(diào)諧變化。

格羅德斯基描述了一個場景，士兵們可以穿著涂有或印有reflectin蛋白質(zhì)靈感材料的制服。他說：“你會有一個動態(tài)的迷彩模式，幫助你避開白天的可見光和晚上的紅外光下的檢測，”格羅德斯基也在調(diào)整該技術(shù)來研發(fā)能夠反射波長更長的紅外光的織物，“這種熱舒適性能好的布料會讓人動態(tài)調(diào)節(jié)身體發(fā)出熱輻射的過程?！?014年12月，格羅德斯基接受了來自美國能源部高級研究項目署能源處的240萬美元資助，來研究這種可能性。

生物啟發(fā)型材料可能也會給我們帶來速度更快的游泳者。像Speedo這樣的泳衣公司宣稱他們制作了鯊魚皮狀的面料，但哈佛大學(xué)魚類學(xué)家喬治·勞德（George Lauder）已經(jīng)證明，在2008年奧運會之后就被禁止的Speedo公司生產(chǎn)的服裝并不包含微小的鯊魚鱗片，稱作小齒，可以減小阻力。去年，勞德使用一臺三維打印機(jī)，完成了真正的尖吻鯖鯊的仿真皮膚，并表示它不僅限制了阻力，也會增加推力。

遺憾的是，目前的制造技術(shù)的不足阻礙了真正鯊魚皮狀泳裝或潛水服的生產(chǎn)。身在哈佛的辦公室，面對手中柔韌的、鱗狀的人造鯊魚皮，勞德說：“你無法用3D打印機(jī)打印我們想要的表面結(jié)構(gòu)的規(guī)模。”因此迄今為止，此項研究仍在繼續(xù)。勞德正與他的哈佛同事艾森貝格合作，共同研究應(yīng)用于人造鯊魚皮的SLIPS涂料是否能夠開發(fā)出一種超高速、防水的材料。豬籠草等囊葉植物和條紋狀鯊魚可能在自然界中無法達(dá)到這個效果。但他們給人類帶來的見解可以激發(fā)下一個仿生面料的問世。

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：彥隱]