4月纺织黑科技 | 这些纺织前沿科技超乎想象！智能纱线……

在科技为先的今天，纺织业的科技发展速度一点不慢，还应用在众多领域，完全超乎大家的想象。纺织行业的科技前沿到底在研究什么？在哪些领域有所突破？作为科技担当，《纺织科学研究》特别开设“月度黑科技”固定栏目，每月为读者奉上最新的纺织科技。如果你知道更多纺织科技项目，或者你研究出了新成果，欢迎来后台留言和大家分享哦！

01

南开大学：

“智能纱线”让衣袖自动伸缩

如果服装可以感知皮肤表面湿度，出汗时长袖变为短袖，汗干后又恢复如初，那将多么神奇。如今，这一设想已经成为可能。近日，南开大学药物化学生物学国家重点实验室刘遵峰教授团队研发出一种绿色环保的纯蚕丝“智能纱线”。这种新型“智能纱线”通过感知湿度的变化来实现自动伸缩，不仅可以用于智能纺织品，还可以作为“人工肌肉”用于柔性机器人的研发。该研究成果目前已于近日在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上在线发表。

这种“智能纱线”采用 100% 天然蚕丝为原料，没有经过化学修饰或使用其他添加剂，主要通过脱胶、加捻、合股以及热定形等工艺加工而成。将这种纱线放置在水雾中时，可以实现每毫米 547°的可逆扭转。而当湿度从20% 变为 80% 时，经过卷曲和热定形的纱线将会收缩至原来的 30%。

这种机械变化不需要外力驱动，而是源于丝蛋白吸水导致的氢键损失和相应结构转化。这一推断已通过蚕丝分子动力学模拟的原子和宏观表征得到证实。研究人员用这种“智能纱线”编织了一件玩偶大小的智能上衣，当环境湿度增加时 ( 例如运动出汗或天气潮湿 )，智能上衣的衣袖长度收缩至原长度的一半；而当湿度下降时又恢复如初。通过纤维对水分含量的敏感反应，织物就可以改变自身大小从而非常有效地实现人体微环境的湿度和热量调节功能。

02

武汉大学：

高强度甲壳素丝大规模制备

尿布织物等常用商品虽然具有方便快捷等优势，但产品难以降解，废弃后会对环境造成严重污染。因此，寻找可替代的生物降解材料具有重要意义。甲壳素作为一种可生物降解的可再生资源，却未被大量开发和利用起来。其原因在于甲壳素分子间和分子内含有大量氢键，导致其难以溶解利用。近年发展的绿色溶剂，如离子液体虽已用于溶解甲壳素并通过干喷湿纺法制备甲壳素纤维，但其力学性能并不理想。

近日，武汉大学张俐娜院士课题组与四川大学傅强教授课题组合作成功制备出可降解高强度甲壳素丝，丝内部由约 27nm 的纳米纤维取向排列构成，该结构赋予了丝更高的力学强度，强度可达 2.33 cN/dtex。该项目以标题“Mechanically Strong Chitin Fibers with Nanofibril Structure, Biocompatibility and Biodegradability” 发 表 于《Chemistry of Materials》。

研究人员采用碱 / 尿素体系冻溶甲壳素得到甲壳素纺丝液，采用湿法纺丝技术大规模制备甲壳素丝。在低温植酸凝固浴中再生时，溶液中伸展的甲壳素分子链在该温和再生条件下易于充分排列聚集形成纳米纤维，从而得到基于纳米纤维构筑的高强度甲壳素丝，其原理已在之前研究中得到证实。

细胞毒性实验证明，制备的高强度甲壳素丝能很好地促进心肌细胞生长。此外，甲壳素丝还具有优越的可降解性，其土壤降解周期和体外降解周期分别只需 22 天和34 天。这表明本工作制备的可降解高强度甲壳素丝，不仅有望取代尿布等织物，减少难降解污染物排放；优良的生物相容性也拓宽了其应用领域，例如可用作于可吸收手术缝合线和伤口敷料等医疗用品 。

03

华中科技大学：

蜘蛛丝遇湿扭转新特性

近日，华中科技大学土木学院力学系刘大彪课题组在美国科学促进会（AAAS）出版的《Science》子刊《Science Advances》上发表了题为《蜘蛛丝用作湿度驱动的扭转致动器》的研究论文。

蜘蛛所产生的大壶状腺丝力学性能最为优越，有“生物钢”之称。此前研究显示这种大壶状腺丝对水敏感，具有“超收缩”性能，当相对湿度达到一定水平时，其可在长度方向上收缩约 50%。蜘蛛丝的超收缩性能使其在人造肌肉或拉伸驱动器领域具有潜在的应用价值。但是，目前尚不清楚湿度会如何影响蜘蛛丝的扭转变形行为。

该团队研究表明，当相对湿度达到约 70% 时，蜘蛛大壶状腺丝开始产生超过每毫米 300°的扭转变形。通过调节相对湿度，研究人员可精确控制蜘蛛丝的扭转变形，这一特性在蚕丝、头发丝和凯夫拉等纤维中未被发现。随后，他们基于蜘蛛丝的分子结构对该现象的物理机制进行了阐释。这种蛛丝主要由 MaSp1 和 MaSp2 蛋白组成，后者含有大量脯氨酸环，遇到水分子发生反应后脯氨酸环中的氢键以非对称方式被破坏，从而导致蜘蛛丝朝一个方向扭转。这一发现可以启发人们设计出新颖的扭转驱动器或人造肌肉，并有助于开发新型传感器、智能纺织品或绿色能源设备。

著名生物物理学家、美国威斯康星大学麦迪逊分教授普帕·格尔伯特（Pupa Gilbert）评价说：“这是一个奇妙的发现，因为作者观察到蜘蛛丝的扭转是巨大的。这种蛛丝就像一根绳子，随空气湿度变化而不断扭转，这种具备特殊性能的分子机制可用来制造由湿度驱动的软体机器人或智能面料。”

04

东华大学：

可穿戴发电织物

智能服装被认为是可穿戴电子产品的终极形态，将能源系统与服装相结合，构建可“穿”的能源越来越受到研究者们的关注。摩擦纳米发电机（TENG）与人们日常所穿的服装相结合，不仅可以满足可穿戴舒适性，还可以构建一系列以人体运动为能量来源的自驱动传感器件和能量收集系统。

近日，东华大学材料学院师资博士后黄涛以第一作者在《纳米能源》上发表了题为《基于组织形貌设计增强的可水洗摩擦纳米发电织物作为可穿戴能源》的学术论文，公布其在可穿戴发电织物研究领域的最新研究成果。

研究者们采用导电纤维为电极，同时充当电正性摩擦材料，通过工业化的纺织设备，设计了多种组织结构的摩擦纳米发电织物，同时以膨体聚四氟乙烯（e-PTFE）为电负性摩擦材料，通过层压法制备了 e-PTFE 织物，最终构建了可以大规模连续化制备，且具有很好的柔性、透气性、可水洗的独立层工作模式的摩擦纳米发电织物。

采用工业化的纺织设备，只需通过程序设定，便可以规模化制备具有栅状结构的织物电极，研究表明，此种结构可以明显提高收集到的电荷量、电流密度和输出频率。此外，这种具有独立层模式的栅极结构非常适用于无接线或物理接触的移动物体收集能量，如人类手臂的摆动，行走的能量等，也可用于对人体运动的监测。

05

曼彻斯特大学：

石墨烯纱线批量制备

据报道，由英国国家石墨烯研究所团队开发的工艺可以使现有的纺织机械生产数吨导电石墨烯基纱，而不会增加生产成本。这种工艺可以在高速工业设备中扩大规模，以生产用于下一代可穿戴电子应用的吨级（~1000 kg / h）导电纺织纱线。除了可批量生产纱线外，石墨烯基的纱线还具有可清洗、柔韧、廉价和可生物降解的特点。

研究人员在论文中还报告了一种高度可扩展和超快速生产的基于石墨烯的柔性，可清洗、弯曲的可穿戴纺织品传感器。通过设计石墨烯薄片及其分散体，以便为可穿戴纺织品应用选择最佳配方。然后，使用高速纱线染色技术用石墨烯基油墨染色（涂覆）纺织纱线。这种基于石墨烯的纱线可作为柔性传感器集成到针织结构中，并且通过自供电 RFID 或低功率蓝牙将数据无线地发送到设备。由此生产的石墨烯纺织品传感器显示出优异的温度敏感性，良好的可洗性以及极高的柔韧性。

06

莱卡公司：

T859 莱卡 HyFit® 纤维

3 月 19 日，美国莱卡公司宣布将推出 T859 莱卡HyFit® 纤维，这将是全球个人护理行业最新的氨纶 / 弹性纤维创新产品。该纤维的推出可为成人卫生产品制造节省成本，并且降低排放和运输成本，生产更环保、碳足迹更少的产品。

T859 莱卡 HyFit® 纤维已经申请了专利，该纤维目前正在弗吉尼亚州的 Waynesboro 生产，随后将在全球工厂投入生产。产品样品将在每个地区提供，以便客户可以开始他们的评估和鉴定过程。与所有莱卡 ® 品牌的纤维一样，这项创新得到了稳定的技术支持，帮助成人卫生用品制造商保持高效运营。

莱卡公司个人护理总裁斯科特·布莱卡达（Scott Blackadar）表示：“莱卡公司致力于通过创新产品来推动卫生行业的发展，满足消费者对舒适和健康的需求。我们开发了 T859 莱卡 HyFit® 纤维，以帮助制造商降低运营成本和碳足迹，同时不牺牲服装的质量、性能以及消费者的穿着体验。”

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VR 控制的巨臂机器人Guardian GT

对于一些机器人来说，抬起几百甚至是上千斤的物体是一件轻而易举的事情，但是要让这些巨无霸去做一些细致的工作，实在是难倒它了。然而，近日，美国 Sarcos公司打造了一款巨型机器人Guardian GT，通过手势识别系统能够让它跟随操控者的每一个动作进行作业。

Guardian GT 有一双 2 米多长的机械手臂，运动时动作灵活、顺畅，丝毫没有僵硬的机械感，简直就像人类的手臂在操作。操控者只要戴上双目摄像头以及 VR 系统后，就能以第一人视觉操控 Guardian GT，连细小脆弱的小部件也能熟练地拿起放下。当然握拳、伸手、舒展等动作也毫无压力。此外，开发人员还增加了力量反馈系统，当机械手触碰物件时，操控者也能有实时的触碰感，以便在触碰物体时可以自动降低力度和速度，防止因力量过大而导致物体的损坏。Guardian GT 举起 500 千克的物件，反馈到手上的重量仅有 2.5 千克。

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彪马自系带运动鞋 Puma Fi

近日，彪马 (PUMA) 发布了自系带系统运动鞋 Puma Fit Intelligence（以下简称“Puma Fi”）。Puma Fi定位健身和轻度运动，彪马希望收集更多客户提供的反馈，并且根据这些反馈进行改进或者添加更多的功能。

彪马经过3年时间研发Puma Fi，采用全黑配色设计，自系带系统两侧有蓝色LED灯，非常有未来科技感。用户能直接在鞋上用手势滑动控制自系带系统，也能够在即将推出的iPhone、Apple Watch配套应用上进行松紧度操控，穿着前可以调整三档不同的松紧度。Puma Fi 预计售价为330 美元。

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触觉手套为手术训练技术增添触感

去年，Fundamental Surgery宣布推出一种模拟器，该模拟器利用双触觉反馈臂来提供执行各种外科手术的“感觉”。该系统现已更进一步，展示了整体虚拟现实手套的整合。Fundamental Surgery 由总部位于伦敦的FundamentalVR 公司开发，基于集中托管的软件平台。

外科医生通过头显观察和听到各种操作的声音，用移动连接到反馈臂的真实手柄来操纵虚拟手术工具。当这些工具按压、探测或切入计算机动画的肌肉和骨骼时，手臂向后推抵用户的手，可以复制外科医生在实际执行手术时会遇到的阻力。

现在，由西雅图的 HaptX 制造的触觉反馈手套已经与该系统一起使用。每个 HaptX 手套都配备了 130 个微流体触觉传感器，通过按压使用者的皮肤，模拟触摸物体的感觉来响应模拟中发生的事情。该系统能够为每个手指施加高达 4 磅 (1.8 千克 ) 的阻力反馈，此外，它利用运动跟踪技术，以“亚毫米精度”跟踪用户的手部动作。FundamentalVR 首席执行官理查德·文森特（Richard Vincent）表示：“当谈到手术训练模拟时，触觉是一种改变游戏规则的方法，但传统上只能使用耗资数十万美元的固定设备。我们的平台目前与触觉手臂配合使用，但随着硬件创新使 HaptX 手套等新产品上市，其设计也在不断发展。”

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自我修复、可拉伸的电子皮肤

水母是海洋环境中重要的浮游生物，看起来十分漂亮。近日，新加坡国立大学的科学家受到了这种透明无脊椎动物的启发，以构建他们的最新作品：一种自我修复、可拉伸、触敏的电子皮肤，可用于开发软体机器人和各种人机通信接口，简称为 GLASSES。

通过将弹性塑料与富含氟的离子液体混合成凝胶，该研究的首席研究员本杰明（Benjamin Tee）和他的团队创造了一种透明的电子皮肤，能够“自我修复”并在潮湿的环境中操作，这是以前的类似电子皮肤无法做到的。如果皮肤被切割或撕裂，该团队证明其可以在几分钟内主动恢复导电性，并在几天内将自身缝合在一起。并且材料也是导电的，这意味着它可以响应触摸，拉伸和拉紧。这些力改变了电子皮肤的电性能，通过测量这些变化，电子皮肤可以成为一种可行的方式来创建各种能够响应触摸的传感器。“我们希望创造一个未来，智能材料制成的电子设备可以执行自我修复功能，以减少世界上的电子废物量”，Benjamin Tee 说道。