創(chuàng)新暢想

南開大學(xué)研獲新材料：出汗時(shí)長袖變?yōu)槎绦?汗干后又恢復(fù)如初

如果有件智能衣服，可以感知皮膚表面濕度，出汗時(shí)長袖變?yōu)槎绦?，汗干后又恢?fù)如初，那將多么神奇。如今，這一設(shè)想已經(jīng)成為可能。南開大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉遵峰教授團(tuán)隊(duì)研獲了一種綠色環(huán)保的純蠶絲“人工肌肉”，可通過感知濕度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)伸縮。這種新型“人工肌肉”，不僅可以用于智能織物，在柔軟機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域也將大有可為。日前，介紹該成果的論文發(fā)表于材料領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。

劉遵峰團(tuán)隊(duì)利用天然純蠶絲制備了一種新型的“人工肌肉”纖維，不使用化學(xué)修飾和添加劑，通過脫膠、加捻、合股、熱定型等常規(guī)工業(yè)流程制作獲得。蠶絲“人工肌肉”在水霧和濕度驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)、拉伸和收縮致動(dòng)。為了不需要外界固定就能實(shí)現(xiàn)可逆驅(qū)動(dòng)，劉遵峰團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種扭矩平衡的纖維結(jié)構(gòu)，通過將扭曲的纖維對折、合股，使得蠶絲纖維實(shí)現(xiàn)了自平衡。記者在該實(shí)驗(yàn)室看到，研究人員用蠶絲伸縮肌肉編織了一件玩偶大小的智能上衣，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境濕度增加時(shí)(例如，由于汗水或潮濕環(huán)境)，智能上衣的衣袖長度收縮至原長度的一半；濕度下降時(shí)又恢復(fù)如初。這種水分敏感的紡織品，可以通過改變宏觀形狀非常有效地實(shí)現(xiàn)水分和熱量的管理功能。（來源：天津日報(bào)）

可依環(huán)境狀況升溫或降溫的新型布料

馬里蘭大學(xué)(UMD)的科學(xué)家聲稱發(fā)現(xiàn)一種可隨周圍環(huán)境自動(dòng)升溫或降溫的新型材料。

這款布料會依據(jù)環(huán)境條件改變其絕緣性能。例如，在溫暖及潮濕條件下，像是夏天時(shí)出汗的身體，布料會允許紅外線(輻射熱)通過。當(dāng)環(huán)境變得更涼爽與干燥時(shí)，布料就會減少熱量的逸出。紅外線是人體釋放熱量的主要方式，也是這項(xiàng)新技術(shù)的重點(diǎn)。這種新型紡織品的基本紗線是由兩種不同合成材料組合的纖維所制成：吸水及防水。這些紗線涂有碳納米管，是種特殊的輕質(zhì)碳基導(dǎo)電金屬，由于纖維中的材料既防水又吸水，所以當(dāng)其暴露于潮濕環(huán)境(如出汗體周圍)時(shí)，纖維會翹曲起來，使紗線更緊密結(jié)合，并出現(xiàn)兩種狀況：首先，織物中的孔隙會張開，允許熱量逸出，因此具微冷卻效果；其次，改變涂層中碳納米管之間的電磁耦合。雖然在這款布料商業(yè)化之前，還有更多任務(wù)要做，但研究人員表示，基礎(chǔ)纖維所用的材料取得容易，且在標(biāo)準(zhǔn)染色過程中可以很容易地添加碳涂層。(來源：亞洲紡織聯(lián)盟網(wǎng))

國家納米中心研發(fā)新型碳纖維復(fù)合材料，導(dǎo)電性能更強(qiáng)

現(xiàn)在一架飛機(jī)重量的52%～53%，或者說一架飛機(jī)體積的80%以上都是碳纖維復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的鋁合金材料相比，它可以使飛機(jī)的自身重量大大降低，但使其脆性變強(qiáng)。3月5日，中科院國家納米科學(xué)中心與空客(北京)工程技術(shù)中心在北京簽署合作協(xié)議，將就碳纖維復(fù)合材料通過納米改性以增強(qiáng)韌性等一系列問題聯(lián)合攻關(guān)。

一代材料一代飛機(jī)。碳納米復(fù)合材料的發(fā)明及應(yīng)用，帶來了航空工業(yè)的革命。但這種復(fù)合材料的應(yīng)用還有一些問題需要解決。除了韌性差以外，導(dǎo)電性能也有所降低。據(jù)國家納米科學(xué)中心研究員張忠介紹，一架飛機(jī)的使用壽命大約為30年，平均每架飛機(jī)都要承受一次大的雷電。與鋁合金材料相比，碳纖維復(fù)合材料的導(dǎo)電性能降低了，科學(xué)家們正在通過納米改性技術(shù)來增加纖維材料的導(dǎo)電性能，以應(yīng)對飛機(jī)“一生”中可能會碰到的那次大的雷電。

“納米科技作為新興的前沿科技領(lǐng)域，正在改變著人類對客觀世界的認(rèn)知，也將引發(fā)一場新的工業(yè)革命?！眹壹{米科學(xué)中心主任劉鳴華說。

據(jù)了解，簽署協(xié)議的雙方除了將開展增韌納米復(fù)合材料、導(dǎo)電納米復(fù)合材料的研究外，還將在更具前瞻性的自感應(yīng)和自愈合納米復(fù)合材料以及納米健康監(jiān)測復(fù)合材料等領(lǐng)域開展合作研究，旨在探索如何將先進(jìn)納米復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域。(來源：蘭州日報(bào))

我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)棉花種子萌芽的“開關(guān)”

浙江大學(xué)農(nóng)學(xué)院張?zhí)煺娼淌谡n題組在棉花種子中找到一個(gè)能直接感知環(huán)境溫度并調(diào)控種子萌發(fā)的小分子“開關(guān)”。研究人員表示，對于種子溫度響應(yīng)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，將進(jìn)一步指導(dǎo)人們在低溫、干旱、鹽堿地精準(zhǔn)育種。相關(guān)論文于日前發(fā)表于《美國科學(xué)院院報(bào)》。

正常情況下，棉花種子在吸足水分后24小時(shí)開始萌發(fā)，一次試驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，有一組棉花種子萌發(fā)的時(shí)間量縮減一半，吸水后12小時(shí)就陸續(xù)萌發(fā)。提前萌發(fā)的棉花種子內(nèi)，一種小分子熱激蛋白“HSP24.7”的含量特別高。

“這種小分子熱激蛋白就像植物的一個(gè)溫度感受器，蛋白含量升高后，種子內(nèi)的線粒體產(chǎn)生更多的活性氧，還會促成包裹在胚芽之外的胚乳膜的降解，所以棉花種子即使在低溫下也會迅速萌發(fā)。如果缺少這個(gè)蛋白，即使環(huán)境溫暖和煦，種子仍會像在低溫中一樣‘休眠’?！睆?zhí)煺嬲f，通過進(jìn)一步試驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)這一機(jī)制在雙子葉植物中普遍適用。

張?zhí)煺嬲f，種子萌發(fā)是植物生命周期開始的第一步，田里的棉花如果能“統(tǒng)一步調(diào)”，而不是各有節(jié)奏，就能高效地實(shí)現(xiàn)同步采收，這是農(nóng)作物精準(zhǔn)育種的目標(biāo)之一。（來源：新華網(wǎng)）

中科院蘇州納米所開發(fā)出氣凝膠相變隱身復(fù)合材料

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張學(xué)同研究員領(lǐng)導(dǎo)的氣凝膠團(tuán)隊(duì)制備了一種具有高孔隙率(98%)和高比表面積(365.99m2/g)的柔性氣凝膠薄膜，通過溶解杜邦TM的Kevlar獲得納米纖維溶膠，再經(jīng)刮刀涂布、溶膠-凝膠及后續(xù)的冷凍干燥過程獲得Kevlar氣凝膠薄膜。

該氣凝膠具有優(yōu)異的隔熱性能，室溫環(huán)境下，熱導(dǎo)率約為0.036 W/m·K，200μm厚的氣凝膠薄膜覆蓋在300℃的熱源上，氣凝膠表面溫度僅為220℃，溫差達(dá)到了80℃。與相變材料聚乙二醇復(fù)合并進(jìn)行疏水化處理，制備出氣凝膠/相變復(fù)合薄膜，該相變復(fù)合薄膜：(1)相變焓高達(dá)179.1 J/g；(2)紅外發(fā)射率與多數(shù)環(huán)境背景匹配；(3)在3μm～15μm紅外波段具有超低紅外透過率。在室外環(huán)境(如光照)下，用該復(fù)合薄膜覆蓋無發(fā)熱物體，可實(shí)現(xiàn)紅外隱身。對持續(xù)發(fā)熱物體(比如發(fā)動(dòng)機(jī))，提出了氣凝膠隔熱層與相變復(fù)合薄膜疊加的組合結(jié)構(gòu)：Kevlar氣凝膠薄膜具有優(yōu)異的隔熱性能，根據(jù)目標(biāo)與環(huán)境之間的溫度差異，選擇合適層數(shù)或者厚度的氣凝膠層，可將溫度降低至與環(huán)境溫度匹配；相變復(fù)合薄膜具有低紅外透過率，高溫目標(biāo)發(fā)射的紅外光無法透過。因而覆蓋這種組合結(jié)構(gòu)的高溫目標(biāo)在紅外照片中也能實(shí)現(xiàn)紅外隱身。根據(jù)使用場景，選用匹配的氣凝膠/相變復(fù)合薄膜，或者組合結(jié)構(gòu)，即可實(shí)現(xiàn)紅外隱身。