紡織品：纖維織物的前景

邢鴻飛/編譯

紡織品：纖維織物的前景

邢鴻飛/編譯

防水面料用于制作實驗服的袖子，其靈感來源于一種食蟲植物

●來自生物靈感的防水、防油及防其他液體的纖維和涂料，構成了尖端技術布料的基石。

金弼齊（Philseok Kim）在注射器中注滿紅褐色的油，將它們滴在聚酯布料的樣品上。這種粘性流體一滴滴連串成滴注，慢慢滑入布料下的容器中，聚酯纖維干凈如初，如同剛剛出廠般一塵不染。金接著又噴注了一種紅顏料的水，它常被用作血液替代品。他說：“它們就這樣滾落下來?！?/p>

金是化學家，也是SLIPS技術公司的創始人，這是在馬薩諸塞州劍橋的一家公司，公司的名字來源于創造超光滑涂料的革新方法：光滑液體注入式多孔表面。SLIPS公司可以通過在任何材料中鎖定一種薄膜潤滑液使之產生無摩擦的底層。利用了豬籠草囊葉植物的捕蟲原理，SLIPS公司有一天會成為防水表層領域的領軍者，他們的產品替代目前市場上另一種靈感來源于蓮屬荷花的模型設計，這種荷的葉子可以帶走水分。

根據SLIPS科技公司負責商業研發的副總裁斯科特·希利（Scott Healey）的介紹，公司的平臺在能源、汽車、環境以及制造業等領域有著諸多潛在的應用。但在尖端紡織品領域中，技術還是首當其沖。用希利的話說：“有幾家紡織品和服裝公司對我們都有興趣，市場已經開始青睞我們?！?/p>

2014年10月，該公司與總部位于德國路德維希的化學制造商BASF公司首次簽署了合作關系，主要生產SLIPS涂層的熱塑性塑料制品，應用于鞋類和其他領域。還有一些公司也表示有興趣合作研發運動服裝、建筑行業特制服裝、軍事戰服以及醫院的醫療服，所有這些都將應用SLIPS的表層。希利說：“別的公司有想法，我們有技術，所以我們要想辦法將這些結合起來?！?/p>

SLIPS技術公司是由金和哈佛大學維斯生物工程研究所的材料專家喬安娜·艾森貝格（Joanna Aizenberg）共同創立，是將自然界中的常識應用于紡織行業，在商業和學術界掀起新一輪浪潮的推動者之一。此項戰略有著一定的歷史，可以追溯到至少一個世紀前，19世紀晚期人造絲（當時稱為粘膠纖維）的生產，以及上世紀40年代的丙烯酸（腈綸），研發的產品都是絲綢和羊毛的人工仿制品，到后來維可牢（一種尼龍搭扣）的發明，就是仿造蒼耳子植物的粘性果實。

然而今天的制作方法已經遠遠超出了合成纖維和面料扣件。從透氣的衣服到迷彩服系列，紡織設計師們正從自然進化中獲得靈感，幫助他們解決相關問題。紐約州華盛頓港的一家市場調研公司NPD集團的運動服裝分析師馬特·鮑威爾（Matt Powell）認為：“人們隨處都在借用或者發現靈思妙策?？萍嫉陌l展令人吃驚。”

反射光賦予熱帶藍閃蝶的翅膀炫美色彩

創新涂料

艾森貝格和她的同事們于2011年首先命名了SLIPS，認為生物靈感技術能夠在很多惡劣環境和溫度下排斥血液、油類及其他復雜流體。該項研究只應用于固體表面，接下去的挑戰就是看看SLIPS在如棉制品和聚酯纖維等織物上有何進展。

選擇使什么樣的織品用于測試，需要一個獨特的實地研究。此項目的首席科學家之一西西莉·席林福德（Cicely Shillingford）在一家商店篩選了一些知名品牌的運動服裝。她透過放大鏡仔細觀察，發現聚酯中密集的編織式樣，這有助于提高防護性，最終她選擇了一條耐克的運動短褲。

席林福德和諾亞·麥克卡倫（Noah MacCallum）當時都是從加拿大安大略省滑鐵盧大學來訪的學生，他們將使用SLIPS的跑鞋和6個其他SLIPS指定的面料一起進行一連串的實驗。他們扭曲并擦拭樣品，以檢查外層是否經得起物理性損壞。他們使用兩個由美國紡織化學師與印染師協會定義的規格來分析樣本的防水性，并使用水蒸汽傳遞檢測標準檢驗樣本的透氣性。艾森貝格說：“除了透氣性，差不多在每一個點上，我們得到的結果都比其他（防水性）面料要好。”

由于SLIPS依賴帶有潤滑劑的防腐材料，“它直接在透氣性和防水性之間進行權衡?！毕指５陆忉尩?。今天的技術可以用于對透氣性要求不高的衣服，例如建筑工人穿的保護他們免受有害化學物質的服裝。但對于那些強調防濕性能的運動服來說，一些科學家們已經開始轉向使用不同的植物性人工制品。

MMT紡織公司成立于2009年，經營一種面料，該面料根據服裝在微氣候中的濕度不同，模仿松果的結構張開或收縮。一般情況下，面料打濕后，紡織纖維會因為吸收了濕氣而膨脹。倫敦這家MMT紡織公司的纖維則截然不同：它們將兩種可以粘合成一種纖維的合成聚合物融合在一起。一種聚合物是斥水的，也就是說它防水；而另一種聚合物是吸濕的，能夠吸收濕氣。這兩層聚合物之間的張力使得纖維在受到水蒸氣的時候卷曲并收縮，就好像是雙層金屬片在溫度的變化下彎曲。干燥的條件下，MMT紡織公司的面料像松果一樣張開。碰到潮濕或出汗的情況，“紗線變得更緊，便提高了服裝的透氣性”。維羅妮卡·卡普薩利（Veronika Kapsali）解釋道?？ㄆ账_利是英國紐卡斯爾的諾森比亞大學仿生時尚品研究員，也是MMT紡織公司的技術總監。

與SLIPS科技公司一樣，MMT紡織公司正與幾家國際服裝公司合作，開發生產運動服裝、牛仔布、床上用品以及其他材料?？ㄆ账_利希望2016年初能有產品上市。位于塞沃倫的瑞士Schoeller紡織公司，也有著松果式技術，稱作c-change。這種纖維根據不同溫度打開或關閉，并在必要的時候從服裝的內部釋放溫暖或潮濕的空氣。一些高端的外套，包括為職業游艇比賽定制的服裝，已經將透氣性能好的c-change技術設計融入其中。

外表的偽裝

仿生紡織品的敏感特性，例如防水性和透氣性的改善，可能會被肉眼所忽視。但對于其他生物靈感的設計，織物外觀的變化成了人們的設計目標。

一些公司已經從南美洲的熱帶藍閃蝶那獲得了啟發，正在研發無染料無色素的彩色纖維。蝴蝶的虹彩顏色并非來自顏料，而是因為它們翅膀上細微鱗屑反射了光而產生的。這些公司將幾十個超薄聚酯或尼龍層壓成薄片，來模仿這一效果，超薄層的厚度、它們的模式以及材料的不同折射率產生了不同的顏色。這一技術的支持者們聲稱，這些顏色不會褪色，而且制造過程是環保的，因為其中不涉及任何化學著色。南卡羅來納州克萊姆森大學研究仿生材料的聚合物纖維物理學家邁克爾·艾里森（Michael Ellison）表示：“利用光的折射來給東西著色的能力真是酷極了。”

美國軍方對變色織物也表現出更多的興趣。靈感集中于頭足類動物以研發更有效的偽裝技術；頭足類動物也就是海洋無脊椎動物，如烏賊和章魚，它們能夠自然地改變皮膚模式以應對不同的視覺背景。2014年，在美國海軍研究辦公室的資助下，伊利諾大學香檳分校的研究者們公開報道了受到頭足類動物啟發而生產的柔性板，可以“讀取”周圍模式，并調整以適應新環境。人造皮膚是仿造烏賊的斑點模式，以及小范圍的深淺塊狀。感應器和變色材料的結合使得這些柔性板與背景匹配。原型很小，只有黑白色，但它的設計師們表示，該材料能夠按比例放大，并調整以涵蓋完整的色譜。

頭足類動物的影響遠不止可見光譜。加利福尼亞大學歐文分校的材料科學家阿龍·格羅德斯基（Alon Gorodetsky）將這些動物身上獲得的靈感打造成了制作紅外隱身應用的材料。他正在研究一種叫做reflectin的蛋白質，通常可以在烏賊的皮膚中提取到。格羅德斯基使用了各種化學、機械和電的刺激后，已經找到了一種根據reflectin蛋白質來微調涂料的光學特征的方法，來恢復特定的光波長，尤其是那些在近紅外光中的特征。2015年2月，格羅德斯基和他的同事們發現，物理上拉伸這些蛋白質的膜會導致反射比的可調諧變化。

格羅德斯基描述了一個場景，士兵們可以穿著涂有或印有reflectin蛋白質靈感材料的制服。他說：“你會有一個動態的迷彩模式，幫助你避開白天的可見光和晚上的紅外光下的檢測，”格羅德斯基也在調整該技術來研發能夠反射波長更長的紅外光的織物，“這種熱舒適性能好的布料會讓人動態調節身體發出熱輻射的過程。”2014年12月，格羅德斯基接受了來自美國能源部高級研究項目署能源處的240萬美元資助，來研究這種可能性。

生物啟發型材料可能也會給我們帶來速度更快的游泳者。像Speedo這樣的泳衣公司宣稱他們制作了鯊魚皮狀的面料，但哈佛大學魚類學家喬治·勞德（George Lauder）已經證明，在2008年奧運會之后就被禁止的Speedo公司生產的服裝并不包含微小的鯊魚鱗片，稱作小齒，可以減小阻力。去年，勞德使用一臺三維打印機，完成了真正的尖吻鯖鯊的仿真皮膚，并表示它不僅限制了阻力，也會增加推力。

遺憾的是，目前的制造技術的不足阻礙了真正鯊魚皮狀泳裝或潛水服的生產。身在哈佛的辦公室，面對手中柔韌的、鱗狀的人造鯊魚皮，勞德說：“你無法用3D打印機打印我們想要的表面結構的規模?！币虼似駷橹?，此項研究仍在繼續。勞德正與他的哈佛同事艾森貝格合作，共同研究應用于人造鯊魚皮的SLIPS涂料是否能夠開發出一種超高速、防水的材料。豬籠草等囊葉植物和條紋狀鯊魚可能在自然界中無法達到這個效果。但他們給人類帶來的見解可以激發下一個仿生面料的問世。

[資料來源：Nature][責任編輯：彥隱]