2021年国外服用材料及服装科研新品集萃

一、节能减排效果突出的聚乙烯织物

由美国麻省理工学院科学家团队研发。聚乙烯其实一直为人们所熟知，它本是石化产品乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，无味无毒，手感似蜡，最大的特点是耐低温、电绝缘性优良、化学稳定性很好，能承受大多数酸碱的侵蚀(除了具有氧化性质的酸)，因此在工业上有广泛的应用。麻省理工学院科学家斯福特兰纳·波利斯基纳和同事一起，利用标准的纺织业流程和设备，生产了聚乙烯(PE)制成的纤维、纱线和服用面料。这种聚乙烯制品完全可回收，即使不经过任何化学处理，这种织物也具有耐污渍、吸水性好、快速干燥的特点。用这种聚乙烯制成的纱线可以使用环保技术进行染色，能够避免传统工序产生的大量有毒有害废水，能显著减少以往使用环节产生的环境碳足迹。

图一 环保聚乙烯纤维与织物          

    二、由藻类制成的生物织物与服装

由荷兰代尔夫特大学研究人员主导的一个国际专业研究小组研发，相关成果发表于《高级功能材料》杂志上。他们首次使用3D打印机和一种新颖的生物打印技术，将藻类打印成具有韧性和弹性的光合材料，这种材料有望广泛应用于能源、医疗和时尚领域。此项研究成果是将生物（微藻）和非生物（细菌纤维素）成分结合，产生一种拥有藻类光合特性以及细菌纤维素柔韧性的独特材料，既坚韧又富有弹性，同时还具有环保、可生物降解的特性，而且生产方法简单易扩展制造范围，适合于制造有助于伤口修复的光合皮肤材料或具有完全生物降解、可净化环境、免水洗功能的光合生物服装。

   图二 藻类光合织物与3D打印的服装

      三、可编程纤维与数字化传感服装

由美国麻省理工大学研究人员首创。所谓可编程纤维，是指将数百个方形的微型硅数字芯片放入预制材料中，再将预制材料制成特殊的聚合物纤维。通过精确控制聚合物的电流量，研究人员研制出一种可在芯片之间连续通电，实现从纤维末端的一个点控制光纤内单个元素的丝状物体，长度可达数十米。这种丝状物体很细且富有弹性，可穿过针眼，用缝纫机缝进布料里，洗涤10次后也不会分解。论文作者、麻省理工学院博士生加布里埃尔•洛克说：“当你把它缝进衬衫穿着后，根本感觉不到它的存在。”这项研究成果首次实现了一种能够进行数字化存储和处理数据的传感织物，为传统织物增加了新的信息维度，并令织物具备了编程、传感和进行数字化处理的功能。研究人员能够在这种特殊的纤维里写入、存储和读取信息，生成包括一个767KB的全彩视频和0.48MB的音乐数字化文件，这些文件可以在没有电源的情况下存储两个月。研究员洛克说：“或许有一天，你在大喜之日能把要播放的音乐储存在自己的婚礼服中。”

图三 可编程纤维与数字化传感服装     

四、受热就能发电的热电制衣材料

由瑞典查尔姆斯理工大学的科学家开发。该团队此前曾在开发由丝绸制成的导电纤维方面取得了过一定成功，现在他们将目光转向了纤维素，认为无毒、可再生的纤维素具有巨大的应用潜力。他们首先研制了一种用导电纤维素制成的纱线，这种纱线可以加工成具备各种用途的电力织物与服装。实验表明，在37的体温状态下（假设实验参与者处在比较寒冷的环境中），该新型纺织品可以产生约0.2μW的电力。该技术系采用基于一种名为PEDOT:PSS的导电生物相容性的聚合物墨水，对木质纤维素纱线进行染色。通过“卷对卷”的涂层过程将普通纱线变成了导电纱线，使其拥有了创纪录的高导电性，而加入银纳米物质后，这种纱线还可以进一步提升导电性，可织成内置电子器件的织物，制作具有智能功能的服装。

  图四 受热发电织物在实验中

    五、新型抗病毒织物

由俄罗斯远东联邦大学青年科学家发明，并在2021年世界青年发明家展览会上获得铜奖。这种名为AXIOM的抗病毒纺织材料，具有使用寿命长久的特性。其研发原理是将配位体“缝合”到纺织材料中，通过配位体的活性物质主动捕捉病毒粒子并中和它，从而减少了病毒发散与传播的几率，在抗击新冠病毒传染的过程中能够体现出独特的功效。所谓配位体是指配位化合物或络合物中的与中心元素相结合的阴离子或中性分子，是提供电子和中心元素的原子通过配位键结合而形成的一种化合物材料。这种带有配位体的新型抗病毒织物可任意使用于各种抗病毒医疗用品，如口罩、防护服等，用于病毒防疫与医治第一线的医务工作者。

六、一款可在太空中收集宇航员身体数据的智能衬衫

由德国航空航天中心（DLR）与DSI航空航天技术公司、比勒费尔德大学医学院和海恩斯坦研究院（Hohenstein）合作研发。这种被称之为SmartTex的衬衫，可以在太空环境中评估对人体心血管系统的影响。SmartTex衬衫配有集成传感器，并通过无线通信网络将宇航员的生理数据传输到地球，这对于未来的月球和火星长期载人航天任务的实施具有重要意义。SmartTex衬衫配备的传感器，具有测量宇航员的脉搏、血压、心电图数据等功能，同时还可以反映有关心脏瓣膜的收缩率和打开、关闭时间等详细的信息，供监测人员掌握更多的数据与动态变化。通过无线通信网络可以读取SmartTex衬衫传感器中的数据，并通过国际空间站链接传输到地球，再由专业研究团队对其进行分析。而在地面这些信息通常只能通过超声波检查或由计算机断层扫描才能获得。因此， SmartTex衬衫所具有的先进技术，未来还可以被进一步应用到健身运动和远程医疗当中。

图五 太空智能衬衫  

         七、人工智能驱动的动态口罩

据《美国化学会·纳米》杂志（ACS Nano）刊文介绍，一种配置动态呼吸器的新冠病毒防护口罩已经问世。该口罩可以过滤空气中的有害污染物，防止病毒传播，同时还可根据不断变化的环境条件（例如人体运动时或空气污染水平的高低）调节透气孔径，从而在不需要达到最高过滤水平的情况下，让佩戴者能够更加轻松地呼吸。其研发原理是研究人员选用由静电纺丝纳米纤维织物制成一种带有微孔的动态空气过滤器，当过滤器中的伸张器膨胀时，会允许更多的空气通过，透气性大大增加，而过滤效率仅损失约6%。这种过滤器四周置放的伸张器，连接一个包含传感器、气泵和微控制器芯片的轻型便携式装置。该装置与运行人工智能（AI）软件的外部计算机进行无线通信对接，可对空气中的颗粒物以及佩戴者在运动过程中呼吸模式的变化作出反应。这种特殊的过滤器置于口罩的左右两侧，当测试者在污染的空气中锻炼时，口罩内伸张器的孔径会适当增大，但增大量要比志愿者在清洁空气中锻炼时要小许多，从而能够达到既防止污染物或病毒的侵入，又能提高运动者呼吸的畅通效果。

图六 智能驱动动态口罩

   八、变废为宝的抗菌制衣材料

由俄罗斯圣彼得堡国立工业技术与设计大学研发。蚕丝具有其他合成纤维和天然纤维都不具备的独特性，比较结实，吸湿性、透气性好，并具有生物相容性，穿着使用后不会引起皮肤过敏。但鲜为人知的是，通常在生产过程中，只有一半的生丝能以成品的形式到达消费者手中，而另一半则会沦为废品。该团队研发出一种从不可回收的蚕丝废料中获取新的功能性材料的方法，其流程为：经过化学处理，将蚕丝废料在梳棉机上形成均匀的绸缕，再用针刺机进行加固工艺处理，能因此，得到了一种结实、透气且高度多孔的材料，这种隶属于非织造性质的材料可以有不同的厚度和密度。之后，再将该材料用特制溶液浸渍，使其多孔结构中嵌入银和铜的纳米抗菌颗粒，最终形成了变废为宝的抗菌制衣材料。该种抗菌材料表面所接触到的真菌、革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌和病毒会在24小时内死亡，既可用于医学领域，也可用于制造日常的运动服和运动鞋。

 图七 蚕丝非织造材料和俄罗斯防护服           

  2021年12月11日完成