美麻省理工发明可温控伸缩的智慧型纤维-南通*通活性碳纤维有限公司

美麻省理工发明可温控伸缩的智慧型纤维

发布时间： 2023/11/8

　美国麻省理工学院（MIT）和东北大学（NU）共同开发出一种智慧型纤维，可以让衣服进行自动伸缩和改变形状。这让人们可能实现在不同季节只穿同一件外套，或像电影中蜘蛛侠一样，拥有一套可自由伸缩变紧的战衣。
　　　

　　过去的变形纤维存在缺陷，例如，一种变形合金的纤维仅能收缩5%左右，且不会自行反转，在几次变形后就会停止工作，这妨碍人们将其溶入纺织制品当中。而科学家们希望能够研制可以静音激活，且显著改变其形状的纤维，让它融入常见的纺织品制当中。
　　这次，麻省理工学院和东北大学将液晶弹性体（LCE）材料加入纤维中，做出这种可编程纤维“FibeRobo”，不仅与现有的纺织制造机械相容，还可用于制造变形纺织品，包括织成具有功能性的夹克。这项新发明于10月底发表在《第36届ACM软体与技术年度研论文集》中。
　　LCE材料是一种可以像液体一样流动的分子，它们沉降时会堆积，排列成周期性的晶体，升温时晶体则会失去排列。该材料同时具有自行反转、无磁滞的特点，且无需卷绕即可实现40%的大位移。
　　研究人员利用这个特性，将这些晶体结构整合到弹性纤维网中，这让纤维网拥有橡皮筋一样的弹性。若对材料进行加温，弹性纤维网就会拉在一起，让纤维出现收缩的现象，若热量消失，晶体分子则恢复原来的排列，而材料会恢复至原来的长度。
　　过去用LCE纤维无法在人体温度下进行变形，只能在60°C至150℃温度下产生作用，同时还有无法批量生产和难以融入织物等缺点。为了改善这些问题，需要生产出可以在皮肤安全温度（45°C以下）下激活的LCE纤维，使其适用于穿戴式织物上，还能够进行批量生产。
　　因此，该团队合成了一种含有LCE分子的液体树脂，将黏稠的LCE树脂加热后，透过橡胶枪喷嘴将材料缓慢挤压，再用紫外线照射固化树脂纤维的两侧。之后，实验人员将这些纤维浸入油中，赋予其光滑的涂层并再次固化，再将紫外线灯调至最大强度，从而形成坚固且光滑的纤维。
　　最后，它们被收集到纺织制造机器的顶部线轴中，并浸入滑石粉末，使其可以更容易地进入纺织制造机器中，生产出可以在皮肤安全温度下激活的FibeRobo。这些滑石粉末只要用温肥皂水即可轻松去除。
　　不过，FibeRobo纤维制作的过程对于紫外光的强度要求十分严格，若光线太暗，材料会分离并从机器中滴出，而如果光线太亮，则会形成团块，从而产生凹凸不平的纤维。
　　该团队把LCE材料合成出成品线轴的过程，需要花费大约一天的时间，每天可以生产出长度约750公尺的即用纤维。另外，生产FibeRobo纤维的设备费用，要比制造普通的LCE纤维低上许多，这有利于大量生产。
　　FibeRobo可以在不弯曲的情况下收缩高达40%，且能以每公尺20美分的成本进行量产，这种价格远比市售的变形纤维要便宜得多，且可用于工业缝纫机和针织机，以及手工艺机或手动钩编等非工业工艺上，而无需进行任何工艺修改。
　　目前，这种功能纤维可以与导电线结合，导电线在通电时就充当加热元件，为纤维提供电力激活，因此使用者可以通过数位装置去控制纺织品。
　　该团队展示了许多由FibeRobo材料制作的物品，其中包括女性运动内衣。当女性使用者在锻炼时，内衣会收紧防止掉落。另外，他们还用工业针织机为狗狗制作了一件可通过智慧型手机控制的压缩夹克，对狗狗做出类似拥抱的动作，借此缓解狗狗不安的情绪。
　　该团队表示，他们也正在探索制造功能纤维的其它方法，希望未来能调整纤维的化学成分，使其可回收或进行生物降解。他们还希望简化聚合物合成过程，以便一般的使用者也可以自己动手制作。
　　麻省理工学院媒体实验室的研究生杰克?福尔曼（Jack Forman）对该大学新闻室表示，生活中充满纺织品，人们将其用于个人表达和功能性服装，包括用纤维强化复合材料、屏蔽辐射的太空衣等，但这些纺织品无法随着环境或时间改变，因此人们需要一种能进行变化的合成纤维。
　　这项研究得到了凸版印刷公司、本田研究院、美国国家留学基金委等多个机关和公司支持。