這種智能材料，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，其奧秘主要來自于機敏變色材料。外界環(huán)境因素的變化，誘導變色材料的分子結(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。

在自然界中，有很多可根據(jù)環(huán)境而改變顏色的動植物“偽裝高手”。人們在驚嘆世界真奇妙的同時，也積極在自然界中汲取靈感，努力開發(fā)具有“變色”功能的材料。

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)大學紡織科學與工程學院教授馬曉光表示，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。

機敏變色材料是紡織品“善變”的奧秘

“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。

不過，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“1+1=2”的簡單加法，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，但填充工藝復雜、成本高，給實際生產(chǎn)帶來一定困難。

可在多個應用領(lǐng)域“一展身手”

早在Alexander Wang 2014秋冬系列中，設(shè)計師王大仁就將熱致變色油墨應用到面料上，結(jié)合多種油墨拼色的方法使得面料呈現(xiàn)出由黑色向彩色轉(zhuǎn)變的可逆效果，同時再結(jié)合激光切割、編織等手法，使作品成功吸引了觀眾們的目光。

目前智能變色紡織品的應用領(lǐng)域非常廣闊。比如在時裝界，特別是近些年，越來越多的國際時裝品牌開始嘗試將熱致變色材料應用于成衣設(shè)計中，將智能變色與服裝設(shè)計相結(jié)合。”馬曉光介紹。

“在一般的民用服裝領(lǐng)域，我們將智能變色服裝同傳感器件相結(jié)合，還能達到情感表達、健康監(jiān)測等目的。”馬曉光舉例說，比如設(shè)計成可監(jiān)測耐力及運動員皮膚溫度的運動衣，就可以通過衣服顏色的變化實時掌握運動員的身體疲勞程度。

此外，變色材料在疾病診斷等方面的應用也引起了人們極大興趣。比如人體各部位溫度是疾病診斷的重要依據(jù)，科學家采用液晶類熱致變色材料，設(shè)計出可對人體溫度進行靈敏監(jiān)測的紡織貼片，用于感染和血液循環(huán)變化等的早期檢測。

“進入21世紀，具有熱致變色功能的紡織材料還越來越多地應用于航空航天、軍工等領(lǐng)域。同時在開發(fā)相關(guān)變色產(chǎn)業(yè)用布、裝飾面料、防護服裝等方面也取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。”馬曉光十分看好智能變色紡織品的應用前景。

大范圍產(chǎn)業(yè)化尚面臨掣肘

“隨著科學技術(shù)的發(fā)展，成本低、性能優(yōu)異的機敏變色材料相繼被研發(fā)出來，有些已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，促進了機敏變色材料產(chǎn)業(yè)鏈的形成，這對變色智能紡織材料的研發(fā)有著極大的推動作用。”馬曉光介紹，目前我國已逐步完善相關(guān)加工技術(shù)，和英國、美國以及日本一起成為少數(shù)幾個能夠生產(chǎn)變色智能紡織材料的國家。

“總體來看，智能變色紡織品在國內(nèi)外還處于研發(fā)推廣之中。由于機敏變色材料種類及應用技術(shù)的限制，大范圍產(chǎn)業(yè)化還需時日。”馬曉光解釋，可以產(chǎn)生變色效果的材料有很多種，但適用于紡織基體材料、并可用于制備智能可逆變色紡織品的機敏變色材料，需要變色色譜寬、反應靈敏、具有可逆的快速響應速率；變色體系穩(wěn)定且不損傷紡織基體；環(huán)保、成本低等，因此可供選擇的余地很小。

另外，目前的變色材料普遍存在顏色變化范圍窄的缺陷，大多在同一冷暖色調(diào)內(nèi)變化，例如從草綠（冷色調(diào)）到紫藍色（冷色調(diào)）；或僅是在同類色區(qū)域內(nèi)顏色深度發(fā)生變化，例如從深藍色到淺藍色等。

“變色色譜能夠跨越色調(diào)、超出同類色的變色材料很少，而性能優(yōu)良最終可實際應用的更是罕見。”馬曉光認為，顏色變化單一、色譜短缺，極大限制了機敏變色材料的應用及智能變色紡織品的發(fā)展。因此對于新型變色材料的研發(fā)，獲得一個全面擴展的變色色譜是非常重要的課題，也是研發(fā)廣域色譜可逆智能變色紡織品所亟待解決的關(guān)鍵性問題。

科研工作者對此也在進行積極探索，比如馬曉光課題組，將優(yōu)化的專用染料與基礎(chǔ)變色體系結(jié)合，設(shè)計、構(gòu)架了一種熱致變色材料與專用染料的復合體系。通過互補原理，這種新型熱致變色材料的顏色可以在不同冷、暖色調(diào)之間可逆變化，表現(xiàn)出更寬的顏色變化范圍和豐富的熱致變色色譜。

在上述工作基礎(chǔ)上，課題組又研發(fā)出一種能連續(xù)變換幾種顏色的熱致變色體系，實現(xiàn)了對熱致變色紡織品變色溫度和變色色澤的控制，開發(fā)出變色色譜廣、色差明顯、精度高的新型熱致變色紡織品。

未來發(fā)展需精準設(shè)計變色性能

“隨著對各類智能紡織材料不斷深入的研究，多功能融合的智能變色紡織材料必然是未來的發(fā)展方向。”馬曉光舉例說，通過將導電織物的電阻加熱性能和熱致變色材料的變色性能相結(jié)合，可解決熱致變色織物顏色被動變化的問題，還可通過對發(fā)熱織物溫度的精確控制，結(jié)合熱致變色材料的色彩疊加，實現(xiàn)熱致變色織物多種顏色的變化；而光熱變色織物，則是利用日光響應型加熱層在太陽光照射下的光熱轉(zhuǎn)換性能，來實現(xiàn)顏色的調(diào)節(jié)。

在不同應用領(lǐng)域，產(chǎn)品對變色性能的需求不同。為了進一步開發(fā)智能變色紡織材料，需要有針對性地對變色紡織材料的變色性能進行設(shè)計。例如針對不同的應用場景，研發(fā)出多樣變色效果的服裝，將其與人們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N服飾相結(jié)合，這樣的產(chǎn)品不僅能夠滿足大眾的需求，還具有廣闊的市場前景。

“智能變色紡織品作為高附加值產(chǎn)品，它的發(fā)展符合《紡織工業(yè)‘十四五’發(fā)展規(guī)劃》中‘加快高功能紡織消費產(chǎn)品、智能纖維及制品等先進紡織制品關(guān)鍵技術(shù)的突破’的要求。”馬曉光認為，雖然市場前景很好，但是只有在把握好紡織品的安全性、環(huán)保性和耐用性的前提下，兼顧款式設(shè)計、色彩變換、面料選擇以及舒適性和衛(wèi)生性等，才能更好地提高智能變色紡織品的市場競爭力。