[大纤维:跨领域、跨学科的交叉融合特性]
发布日期:[2019/8/23] 共阅[108]次

  大纤维具有与生俱来的跨领域、跨学科的交叉特性。其理论基础和技术路线也呈现百花齐放的勃勃生机。如在结构优化理论指导下,发展基于光纤的多材料、多结构的多功能智能纤维;在纳米理论指导下,发展基于碳纳米管、石墨烯的高功能纤维;在高分子设计理论指导下,从分子结构上开发超高性能纤维;在合成生物学理论指导下,通过转基因技术创造高性能生物纤维等。


  跨领域、跨学科的交叉融合将诞生许多完全崭新的纤维品种,其中有相当大比例的纤维品种有着巨大的商业价值,给下游许多产业带来深刻的影响,并从根本上改变这些产业的生态,从而诞生一个庞大的新兴产业集群。我们把大纤维相关技术、产品和围绕下游丰富应用所形成的新产业集群叫作大纤维产业。


  近年来,大纤维产业发展势头初现,跨领域、跨学科的新型智能纤维家族正在不断“增员”中。MIT(美国麻省理工学院)陈刚教授开发的高导热率纤维颠覆了传统高分子材料绝热理论,通过拉伸重构,使纤维中聚合物链有序排列,获得了具有“理想”单晶结构和高导热率的纤维;斯坦福大学的教授从功能需求出发,基于物理原理研发出由硅纳米线电池负极、纳米高分子纤维制作的PM2.5过滤膜和纳米多孔聚乙烯布料;长胜纺织科技发展(上海)有限公司釆用冷转印技术精确定量以印代染,颠覆了几千年来大量使用稀释染液的印染工艺,实现基本无水耗、无排放印染,而且可直接在织物上印染高精密功能线条和图案,成为发展智能化电子织物产业化的平台级技术。


  同时,大纤维技术突破了原有技术的制造瓶颈。几十年来,蜘蛛丝用传统化学合成理论和方法一直无法制造出来。如今,应用生物合成理论,通过蜘蛛基因调控家蚕和细菌的蛋白质分子,高性能的蜘蛛丝已经实现量产。这被认为是自尼龙问世以来最重要的纺织材料进步。


  相比钢材、塑料等传统材料,大纤维在柔韧性、轻量化、多功能、高性能、绿色化和智能化等方面有明显的差异化优势。在汽车和飞机制造等高性能钢材的传统优势应用领域,为达到更高的柔韧性、轻量化和高能效,纤维复合材料所占比例已越来越高。2018年底,有媒体报道了一个智能碳纤维汽车车身的实例,既实现车身轻量化,又能根据风阻变形。碳纤维车身用3D技术(完全省掉了裁剪、冲压、焊接等金属加工工序)复合制成,并在织物中混合了具有太阳能发电功能的纤维,可取代部分电池,多功能碳纤维的采用使整车性价比大大提高。这是很典型的大纤维部分取代传统材料的应用案例。


  实际上,历次工业革命都离不开对人和人造系统关系的重新定义,围绕“以人为本”展开。众所周知,人体70%以上的组织由纤维构成。拥有生物相容性的绿色纤维叠加了智能和多功能要素之后,所形成的新一代智能可穿戴系统或人体植入式系统,可以以最安全、最轻便、最有效的方式采集人体数据、监测人体健康、施加有效影响并帮助人提升健康和运动水平。基于所采集的数据形成的“数字人”,将成为人工智能社会里最重要的资产之一。只有到了这个阶段,社会数字化才真正实现,而大纤维将成为人体世界、实体物理世界和虚拟信息世界之间最佳的桥梁。


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