新型仿生纖維可制成超薄不透明服裝

蠶絲織物因其色澤艷麗、清爽涼快而倍受珍視。近日,哥倫比亞工程研究人員發(fā)現(xiàn)一種野生蠶蛾,即馬達(dá)加斯加彗星蛾(Argemamittrei)產(chǎn)生的纖維在光澤度和冷卻能力方面非常優(yōu)越：不僅具有優(yōu)異的冷卻性能,而且具有傳輸光信號(hào)和圖像的特殊能力。進(jìn)而,研究小組在彗星蛾繭纖維中發(fā)現(xiàn)與一維納米結(jié)構(gòu)相關(guān)的光學(xué)特性,并由此開(kāi)發(fā)了一種自旋人造纖維技術(shù),可以模仿天然纖維的納米結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。研究成果發(fā)表《科學(xué)和應(yīng)用》雜志上。

“彗星蛾纖維是最好的天然纖維材料,可以阻擋可見(jiàn)光。類(lèi)似的合成納米纖維具有相似的光學(xué)特性,這對(duì)合成纖維工業(yè)具有重要的參考意義”,研究人員解釋道：“這些纖維的另一個(gè)驚人特性是,它們可以引導(dǎo)光信號(hào),甚至可以將簡(jiǎn)單圖像從光纖一端傳輸?shù)搅硪欢恕＿@意味著我們可以將它們作為生物相容性和可生物吸收的材料,用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的光信號(hào)和圖像傳輸。”

家蠶纖維在光學(xué)顯微鏡為透明的固體,但是由彗星蛾纖維具有高度的金屬光澤,且含有高密度的納米纖維狀空隙,它們沿著纖維分布,并引起強(qiáng)烈的鏡面反射。這種天然纖維的厚度約為50μm,是人類(lèi)頭發(fā)直徑的1倍,可反射超過(guò)70%的可見(jiàn)光。而包括絲織物在內(nèi)的普通纖維總厚度達(dá)彗星蛾纖維10倍才可達(dá)到同等的反射率水平。此外,彗星蛾纖維的高反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出可見(jiàn)光范圍,甚至延伸到人眼看不見(jiàn)的紅外光,因此具有吸收紫外線的能力,這使它成為阻擋陽(yáng)光的理想材料。

受此啟發(fā),研究人員發(fā)明了新的纖維牽引方法來(lái)模擬彗星蛾纖維紡絲機(jī)制,通過(guò)嵌入高密度的微粒或絲狀空隙,制備的纖維獲得了比天然纖維高出幾倍的空隙,纖維能夠反射93%的陽(yáng)光。目前,研究人員可使用兩種材料生產(chǎn)這些仿生纖維：天然材料(如再生絲)和合成聚合物(如聚偏二氟乙烯),前者適合于需要生物相容性的應(yīng)用,后者適合于高通量生產(chǎn)。

研究人員表示,通過(guò)高通量、高產(chǎn)量的纖維紡絲工藝在纖維的微小截面上進(jìn)行結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì),可以賦予纖維及其紡織品全新的光學(xué)和熱力學(xué)性能,這甚至可以改造合成纖維工業(yè)。這些仿生纖維可用于制作具有“空調(diào)”特性的超薄夏裝,只需要幾層纖維就可以制成完全不透明的織物,它的厚度甚至比紙張還要薄。當(dāng)人體出汗時(shí),這種材料也不會(huì)像普通紡織品一樣變成半透明狀態(tài)。此外,由“多孔”纖維制成的超薄服裝將通過(guò)汗液蒸發(fā)、人體微環(huán)境和外部環(huán)境之間的氣流以及身體對(duì)外界環(huán)境的輻射來(lái)促進(jìn)冷卻。