| 人民日報發(fā)表朱美芳院士署名文章：先進(jìn)纖維材料 織就美好生活 |
8月16日出版的《人民日報》副刊刊登中國科學(xué)院院士、東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(cháng)朱美芳署名文章《先進(jìn)纖維材料 織就美好生活》。全文如下：
  2024年6月，嫦娥六號著(zhù)陸器攜帶的五星紅旗在月球背面成功展開(kāi)，這一抹亮眼的“中國紅”由玄武巖拉成的細絲織就，代表了纖維材料技術(shù)前沿。早在遠古時(shí)期，人類(lèi)就開(kāi)始利用動(dòng)物皮毛、樹(shù)皮和草葉等天然纖維材料制成衣物抵御寒冷。與人類(lèi)社會(huì )同步發(fā)展的纖維材料，正借助一系列新技術(shù)煥發(fā)新貌，從縫制衣服的布料演進(jìn)為服務(wù)于衣食住行和生產(chǎn)生活方方面面的先進(jìn)基礎材料。
一項與人類(lèi)“同齡”、
始終在發(fā)展創(chuàng )新的實(shí)用技術(shù)
纖維材料技術(shù)誕生于實(shí)用需要。伴隨體毛逐漸退化，人類(lèi)學(xué)會(huì )了從亞麻、棉花、羊毛和蠶絲等動(dòng)植物中提取纖維，將其精制成更為柔軟和耐用的布料。在古印度，棉花被織成布料，由此傳遍世界各地；古埃及人用亞麻制作衣物；中國的絲綢不僅實(shí)用與美感兼具，也以此為紐帶形成了溝通世界的絲綢之路，推動(dòng)了貿易發(fā)展與文明交流。這些天然纖維來(lái)自大自然，從原有材料或人工飼養培植的動(dòng)植物身上直接取得，普遍具有較好的吸濕性、透氣性、親膚性和環(huán)境友好特性，主要應用于紡織工業(yè)。
天然纖維細度和長(cháng)度不均勻、伸長(cháng)能力弱，化學(xué)纖維技術(shù)應運而生。早在1664年，科學(xué)家提出設想：對天然高分子或人工合成高分子材料進(jìn)行加工處理，制成纖維材料。但由于當時(shí)人們對纖維的基本結構知之甚少，這一想法直到200多年后的19世紀才得以實(shí)現。1891年，人造絲（粘膠纖維）首次制造成功，標志著(zhù)人類(lèi)開(kāi)始有能力制造化學(xué)纖維。1935年，聚酰胺纖維的發(fā)明，開(kāi)創(chuàng )了合成纖維的歷史。這種纖維材料還有一個(gè)人們熟悉的俗稱(chēng)：尼龍。尼龍的耐磨性是棉花的10倍，強度比棉花高1-2倍、比羊毛高4-5倍，能經(jīng)受上萬(wàn)次彎折而不斷裂，化學(xué)穩定性強，是衣物、繩索等的理想材料，在多個(gè)領(lǐng)域迅速取代天然纖維。緊隨其后，由有機二元酸和二元醇通過(guò)化學(xué)縮聚得到的合成高分子制成的聚酯纖維（滌綸）、以石油精煉副產(chǎn)物丙烯為原料制成的聚丙烯纖維（丙綸）等合成纖維相繼問(wèn)世。
除了尼龍、滌綸、丙綸，常見(jiàn)的合成纖維還有腈綸、氯綸、維綸、氨綸和聚烯烴彈力絲，等等。這些纖維材料均由合成的高分子化合物制成，就像自然界中的新物種，以其獨有的特性和優(yōu)勢，拓寬了纖維材料的應用范圍，不僅在日常生活中扮演著(zhù)重要角色，還在工業(yè)生產(chǎn)中展現出巨大的潛力。
20世紀下半葉，合成纖維材料迎來(lái)高速發(fā)展時(shí)期。隨著(zhù)人工合成高分子材料的大量涌現和現代高分子科學(xué)的進(jìn)步，高性能纖維作為合成纖維家族的新成員逐漸嶄露頭角?？茖W(xué)家們巧妙利用分子設計、高分子合成與纖維加工技術(shù)，創(chuàng )造出一系列性能優(yōu)異的先進(jìn)纖維材料。比如，碳纖維是一種含碳量在90%以上的高強高模纖維，具有高強度、輕質(zhì)和耐高溫特性，直徑只有頭發(fā)絲的1/10至1/12，強度卻是鋁合金的4倍以上，在航空航天、體育器材和高鐵汽車(chē)等領(lǐng)域大顯身手。又如芳香族聚酰胺纖維（芳綸），以其防彈、防火和耐化學(xué)腐蝕的特性，在工業(yè)防護和軍事領(lǐng)域有著(zhù)重要地位。還有超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維，以其極高的強度和優(yōu)異的耐磨性能，成為高強度繩索的首選。
能感知、可穿戴、應用廣，
新型纖維材料有望讓科幻場(chǎng)景變成現實(shí)
單就材料性能而言，合成纖維似乎已經(jīng)到達極限，但科技發(fā)展永遠需要想象力。在不少科幻電影里，人們身上的衣服不僅可以“七十二變”，還集成了各種電子產(chǎn)品，像一位智慧超群的得力助手。隨著(zhù)材料科學(xué)不斷發(fā)展并與光學(xué)、電磁學(xué)、信息技術(shù)等其他學(xué)科交叉融合，智能纖維材料有望讓科幻場(chǎng)景變成現實(shí)。
智能纖維材料集成傳感器和各種功能材料，能夠敏銳感知并響應外界環(huán)境的微妙變化。這樣的特性源自其多尺度精細結構，獨特的光、電、力、熱、磁性能，以及柔性功能。由此，便攜式電子產(chǎn)品、人機接口電極、能量存儲和轉換設備等都能夠集成于纖維狀智能材料，并被編織成可穿戴、可響應、可美化的柔性紡織品，在智慧監測、智慧醫療、智慧交通、智慧生活等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
以一種新型“不插電”智能纖維為例，它基于與人體相匹配的能量交互機制，集無(wú)線(xiàn)能量采集、信息感知與傳輸等功能于一身。這種纖維編織成的智能紡織品，無(wú)需依賴(lài)傳統的芯片和電池，便能實(shí)現發(fā)光顯示、觸控等人機交互功能，有效簡(jiǎn)化可穿戴設備和智能紡織品的硬件結構，有望解決目前可穿戴設備“不舒服”的難題。這一突破性成果，為人與環(huán)境的智能交互開(kāi)辟新的可能，展現了智能纖維材料的廣泛應用前景。未來(lái)，智能纖維將在與生產(chǎn)生活各領(lǐng)域的融合發(fā)展中，伴隨我們走進(jìn)更加智能、便捷和舒適的未來(lái)生活。
在交叉融合以外，新型纖維材料也在最基礎、最本質(zhì)的材料來(lái)源上努力實(shí)現突破?？茖W(xué)家們將目光投向遙遠的月球，創(chuàng )制一種神奇的纖維材料——月壤纖維。月壤，這層覆蓋在月球表面的神秘面紗，由細小的巖石、礦物顆粒和微小的玻璃珠組成。它的主要成分包括硅酸鹽、氧化物和少量金屬元素，通過(guò)高溫熔融和拉絲技術(shù)，這些成分可以轉化為具有卓越性能的纖維材料。在地球上，玄武巖纖維以其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕性、寬廣的工作溫度范圍和低熱導率，成為建筑、交通等領(lǐng)域的重要材料。月壤與地球的玄武巖礦石在成分和性質(zhì)上有著(zhù)驚人的相似之處。借鑒地球上玄武巖纖維的制備技術(shù)，利用月壤拉制的纖維有望成為月球基地建設材料，滿(mǎn)足原位取材需求。有了“造房子”的材料，到地球外長(cháng)期居住并進(jìn)行能源開(kāi)發(fā)也許會(huì )成為現實(shí)，進(jìn)而打開(kāi)人類(lèi)通往宇宙深處的大門(mén)。
隨著(zhù)科技不斷進(jìn)步，新型纖維材料的研究應用正邁上新的臺階。目前，科研工作者正充分利用材料科學(xué)、物理化學(xué)、電子信息、系統科學(xué)等多學(xué)科知識，不斷創(chuàng )制新型纖維材料，賦予其前所未有的性能和功能。直徑更細、鏈取向更好、結構缺陷更少，以最小能量實(shí)現更復雜功能及更高性能，成為新型纖維材料的發(fā)展方向。除了性能上的飛躍，未來(lái)的纖維材料還將對自然更加友好?；谌祟?lèi)的可持續發(fā)展，生物基纖維和生物可降解纖維的創(chuàng )新開(kāi)發(fā)，將為我們解決環(huán)境污染問(wèn)題提供新的思路。
一根根纖維，見(jiàn)證了人類(lèi)的發(fā)展，連接著(zhù)未來(lái)生活。從天然纖維的質(zhì)樸，到合成纖維的多樣，再到智能纖維的奇妙，纖維材料每一次技術(shù)革新，都在為人類(lèi)生活增添新的色彩，帶來(lái)新的驚喜。如今，纖維材料科學(xué)已成為多學(xué)科交叉的研究前沿，纖維技術(shù)也成為現代工業(yè)發(fā)展的重要組成部分。我們期待，更多先進(jìn)纖維材料為生產(chǎn)生活帶來(lái)便利，為我國產(chǎn)業(yè)轉型升級注入動(dòng)力。
來(lái)源：《人民日報》副刊版，2024年8月16日 |
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