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中國科學(xué)家研發(fā)出可無源制冷的光學(xué)超材料織物

華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心陶光明教授研究小組與浙江大學(xué)馬耀光教授團隊、中國紡織科學(xué)研究院有限公司等多家單位交叉學(xué)科聯(lián)合創(chuàng)新，研發(fā)出一種可無源制冷的光學(xué)超材料織物，降溫效果好，可穿戴性能高，應(yīng)用前景看好。這一成果日前在線發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

經(jīng)嚴格測試，在無源輸入條件下，超材料織物可實現(xiàn)全天低于環(huán)境溫度2℃～10℃的制冷效果（廣州，2020年12月5日-6日）。相較于棉、氨綸、雪紡、麻這一系列同色的商用織物，超材料織物覆蓋下的模擬皮膚溫度可降低5℃～7℃（廣州，2020年11月28日）。相較于市售車罩，超材料織物覆蓋下的模擬汽車內(nèi)部溫度可降低27℃（廣州，2020年12月7日）。相較于白色棉織物，超材料織物對人體體表降溫超過4℃（廣州，2020年12月7日）。

陶光明介紹說，研究團隊將光學(xué)超材料技術(shù)與批量纖維制備技術(shù)相結(jié)合，選用聚乳酸為纖維原料，引入特定波段光學(xué)新特性，獲得均勻連續(xù)的超材料纖維。在此基礎(chǔ)上，進一步利用成熟紡紗織造和層壓技術(shù)，制備出可無源制冷的光學(xué)超材料織物。

此外，超材料織物還具備低成本、綠色環(huán)保、可產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)勢，對實現(xiàn)高效的戶外個人熱管理、推動智能紡織品的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用具有重要意義，順應(yīng)全球綠色低碳發(fā)展潮流。（來源：新華網(wǎng)）

一種具有防病毒效果的超柔性網(wǎng)籠結(jié)構(gòu)納米纖維氣凝膠

新冠肺炎疫情的暴發(fā)使人們更加注重個人防護。纖維過濾材料（如醫(yī)用口罩、空調(diào)濾芯等）是日常防護必不可少的重要裝備，可有效攔截空氣中的污染物。然而，現(xiàn)有的纖維類空氣過濾材料多為微米纖維氈，其纖維直徑粗、孔徑大的缺陷使得過濾效率低，難以滿足實際應(yīng)用中對病毒等微小物質(zhì)的攔截，且該材料通常不具備殺菌殺病毒功能，攔截的微生物會進一步繁殖生長，極易引發(fā)更嚴重的二次感染。因此，亟須開發(fā)具有抗菌抗病毒功能的納米纖維過濾材料。

近日，東華大學(xué)俞建勇院士及丁彬研究員帶領(lǐng)的納米纖維研究團隊報道了一種超柔性網(wǎng)籠結(jié)構(gòu)納米纖維氣凝膠。通過在SiO2納米纖維/硅烷溶膠/鹵胺改性劑的分散液中進一步引入細菌纖維素（BC）納米纖維，經(jīng)冷凍干燥后，BC纖維在SiO2纖維框架上形成二級精細網(wǎng)絡(luò)，從而構(gòu)成了纖維網(wǎng)籠結(jié)構(gòu)，在抗菌抗病毒空氣過濾材料領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。

在實際應(yīng)用過程中，當被污染的空氣通過氯化處理后的氣凝膠時，納米纖維網(wǎng)籠結(jié)構(gòu)將對污染物起到攔截作用，尤其是BC精細網(wǎng)絡(luò)會攔截細菌、病毒和微小顆粒物質(zhì)，纖維網(wǎng)籠上的鹵胺抗菌劑活性位點將釋放氯正離子以徹底殺滅攔截的微生物，從而避免二次污染。與此同時，氣凝膠N—Cl鍵釋放的氯也會被消耗而變?yōu)镹—H鍵，當氣凝膠再次被氯化時，纖維網(wǎng)絡(luò)上的N—H鍵可重新氯化成N—Cl鍵，實現(xiàn)殺菌殺病毒性能的循環(huán)再生。該材料的制備為開發(fā)新一代抗菌抗病毒空氣過濾材料提供了新思路。（來源：紡織導(dǎo)報）

機敏變色材料 助衣服顏色實現(xiàn)“七十二變”

紡織材料之所以能像“變色龍”一樣善變，其奧秘主要來自機敏變色材料。外界環(huán)境因素的變化，誘導(dǎo)變色材料的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重排、開環(huán)閉環(huán)、互變異構(gòu)等作用，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)中的共軛體系發(fā)生變化，從而在表觀上使材料的顏色發(fā)生改變。因機敏變色材料不同，智能變色紡織材料主要可分為光致變色紡織材料和熱致變色紡織材料。

與大多數(shù)處于研發(fā)階段的變色材料不同，智能變色紡織材料目前應(yīng)用前景最為廣泛，且部分材料已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化并出現(xiàn)在日常生活中。天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院教授馬曉光表示，智能變色紡織材料具有獨特的智能可逆變色特性，在保持紡織制品基礎(chǔ)功能的同時，將功能、時尚等融為一體，深受市場青睞。

“顧名思義，智能變色紡織材料（變色纖維/織物）是一種能對外界環(huán)境因素的變化作出響應(yīng)的智能紡織品。”馬曉光介紹，將變色材料添加到紡織材料上，紡織材料的顏色會在受到光源、溫度等外界環(huán)境因素刺激后，發(fā)生可逆性變化，從而營造出絢麗多彩的視覺效果。

研發(fā)制備智能變色紡織材料并不是把機敏變色材料和紡織材料做個簡單的1+1=2的加法，將機敏變色材料與紡織材料結(jié)合的方法，有夾層法、浸漬法、涂層法、交聯(lián)法、微膠囊法、填充纖維法、纖維接枝法、成纖法等多種技術(shù)路線及相應(yīng)的加工工藝。

“紡織品的可逆變色特性取決于機敏變色材料的變色性能。而機敏變色材料的性能又與技術(shù)路線的選擇和加工工藝的水平有關(guān)。”馬曉光表示，目前這幾種結(jié)合方式各有利弊。比如浸漬法是將織物浸漬在由機敏材料制成的分散液中，使機敏材料吸附在織物上。這種方法雖然簡單易操作，但產(chǎn)品牢度較差、不耐洗，一般僅供一次性使用；填充纖維法是將機敏材料填充到中空纖維之中，再紡織制成智能織物。這種制備方法可保持較高的智能變色效果，但填充工藝復(fù)雜、成本高，給實際生產(chǎn)帶來一定困難。（來源：科技日報）

可穿戴設(shè)備又上新 電池“織”成的衣服來了

出門不需要帶充電器和充電寶，通過身上穿的衣服，就可以對手機進行無線充電——聽起來像科幻片的這一場景，正在逐步成為現(xiàn)實。

這正是復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系彭慧勝團隊的研究方向之一。近日，團隊通過系統(tǒng)揭示纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長度變化的規(guī)律，有效解決了聚合物復(fù)合活性材料和纖維電極界面穩(wěn)定性難題，連續(xù)構(gòu)建出兼具良好安全性和綜合電化學(xué)性能的新型纖維聚合物鋰離子電池。

相關(guān)研究成果以《高性能纖維鋰離子電池的規(guī)?；瘶?gòu)建》為題，發(fā)表于《自然》雜志主刊。審稿人評價這項工作是“儲能領(lǐng)域和可穿戴技術(shù)領(lǐng)域的里程碑研究”和“柔性電子領(lǐng)域的一個里程碑”。該研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委等項目支持。

團隊研發(fā)出了高效負載纖維鋰離子電池活性材料的連續(xù)化方法，通過調(diào)控正負極活性材料組分和黏附力，有效解決了聚合物復(fù)合活性材料與導(dǎo)電纖維集流體的界面穩(wěn)定性難題，并自主設(shè)計和建立了面向纖維鋰離子電池連續(xù)構(gòu)建的標準化裝置，實現(xiàn)了活性材料在千米級光滑纖維表面的高效負載和精準控制，獲得到了高負載量、涂覆均勻和容量高度匹配的正、負極纖維電極材料。團隊進一步將正極纖維和包覆高分子隔膜的負極纖維進行纏繞組裝，并進行有效的封裝和電解液注入，最終實現(xiàn)了高性能纖維聚合物鋰離子電池的連續(xù)化制備。所制得的纖維電池容量隨長度線性增加，顯示該構(gòu)建路線具有良好的可靠性。

今年3月，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝、陳培寧的團隊論文《大面積顯示織物及其功能集成系統(tǒng)》發(fā)表于《自然》雜志主刊，他們自主研發(fā)的全柔性織物顯示系統(tǒng)，可緊貼人體不規(guī)則輪廓，像普通織物一樣輕薄透氣，確保良好的穿著舒適度。

該纖維鋰聚合物離子電池表現(xiàn)出了良好的綜合性能，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。長度為1m的電池可以為智能手機、手環(huán)、心率監(jiān)測儀、血氧儀等可穿戴電子設(shè)備長時間連續(xù)有效供電；纖維鋰離子電池還具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)500圈后，電池的容量保持率仍然達到90.5%，庫倫效率為99.8%；在曲率半徑為1cm的情況下，將纖維鋰離子電池彎折10萬次后，其容量保持率仍大于80%；甚至在重復(fù)水洗、擠壓等嚴苛環(huán)境下也可以保持較為穩(wěn)定的電化學(xué)性能。進一步通過紡織方法，團隊已經(jīng)獲得了高性能的大面積電池織物。

“可穿戴纖維鋰離子電池的很多功能已經(jīng)實現(xiàn)，但對于真正的推廣普及來說，依然任重道遠?！迸砘蹌僬f。（來源：科技日報）