創新暢想

南開大學研獲新材料：出汗時長袖變為短袖 汗干后又恢復如初

如果有件智能衣服，可以感知皮膚表面濕度，出汗時長袖變為短袖，汗干后又恢復如初，那將多么神奇。如今，這一設想已經成為可能。南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室劉遵峰教授團隊研獲了一種綠色環保的純蠶絲“人工肌肉”，可通過感知濕度實現自動伸縮。這種新型“人工肌肉”，不僅可以用于智能織物，在柔軟機器人研發領域也將大有可為。日前，介紹該成果的論文發表于材料領域國際權威期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。

劉遵峰團隊利用天然純蠶絲制備了一種新型的“人工肌肉”纖維，不使用化學修飾和添加劑，通過脫膠、加捻、合股、熱定型等常規工業流程制作獲得。蠶絲“人工肌肉”在水霧和濕度驅動下實現了扭轉、拉伸和收縮致動。為了不需要外界固定就能實現可逆驅動，劉遵峰團隊開發了一種扭矩平衡的纖維結構，通過將扭曲的纖維對折、合股，使得蠶絲纖維實現了自平衡。記者在該實驗室看到，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，實現了環境濕度增加時(例如，由于汗水或潮濕環境)，智能上衣的衣袖長度收縮至原長度的一半；濕度下降時又恢復如初。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現水分和熱量的管理功能。（來源：天津日報）

可依環境狀況升溫或降溫的新型布料

馬里蘭大學(UMD)的科學家聲稱發現一種可隨周圍環境自動升溫或降溫的新型材料。

這款布料會依據環境條件改變其絕緣性能。例如，在溫暖及潮濕條件下，像是夏天時出汗的身體，布料會允許紅外線(輻射熱)通過。當環境變得更涼爽與干燥時，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，也是這項新技術的重點。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，是種特殊的輕質碳基導電金屬，由于纖維中的材料既防水又吸水，所以當其暴露于潮濕環境(如出汗體周圍)時，纖維會翹曲起來，使紗線更緊密結合，并出現兩種狀況：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化之前，還有更多任務要做，但研究人員表示，基礎纖維所用的材料取得容易，且在標準染色過程中可以很容易地添加碳涂層。(來源：亞洲紡織聯盟網)

國家納米中心研發新型碳纖維復合材料，導電性能更強

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

一代材料一代飛機。碳納米復合材料的發明及應用，帶來了航空工業的革命。但這種復合材料的應用還有一些問題需要解決。除了韌性差以外，導電性能也有所降低。據國家納米科學中心研究員張忠介紹，一架飛機的使用壽命大約為30年，平均每架飛機都要承受一次大的雷電。與鋁合金材料相比，碳纖維復合材料的導電性能降低了，科學家們正在通過納米改性技術來增加纖維材料的導電性能，以應對飛機“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域，正在改變著人類對客觀世界的認知，也將引發一場新的工業革命。”國家納米科學中心主任劉鳴華說。

據了解，簽署協議的雙方除了將開展增韌納米復合材料、導電納米復合材料的研究外，還將在更具前瞻性的自感應和自愈合納米復合材料以及納米健康監測復合材料等領域開展合作研究，旨在探索如何將先進納米復合材料技術應用于飛機設計和制造領域。(來源：蘭州日報)

我國學者發現棉花種子萌芽的“開關”

浙江大學農學院張天真教授課題組在棉花種子中找到一個能直接感知環境溫度并調控種子萌發的小分子“開關”。研究人員表示，對于種子溫度響應機制的發現，將進一步指導人們在低溫、干旱、鹽堿地精準育種。相關論文于日前發表于《美國科學院院報》。

正常情況下，棉花種子在吸足水分后24小時開始萌發，一次試驗中，研究人員發現，有一組棉花種子萌發的時間量縮減一半，吸水后12小時就陸續萌發。提前萌發的棉花種子內，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溫度感受器，蛋白含量升高后，種子內的線粒體產生更多的活性氧，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。如果缺少這個蛋白，即使環境溫暖和煦，種子仍會像在低溫中一樣‘休眠’。”張天真說，通過進一步試驗，他們發現這一機制在雙子葉植物中普遍適用。

張天真說，種子萌發是植物生命周期開始的第一步，田里的棉花如果能“統一步調”，而不是各有節奏，就能高效地實現同步采收，這是農作物精準育種的目標之一。（來源：新華網）

中科院蘇州納米所開發出氣凝膠相變隱身復合材料

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同研究員領導的氣凝膠團隊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，再經刮刀涂布、溶膠-凝膠及后續的冷凍干燥過程獲得Kevlar氣凝膠薄膜。

該氣凝膠具有優異的隔熱性能，室溫環境下，熱導率約為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℃，溫差達到了80℃。與相變材料聚乙二醇復合并進行疏水化處理，制備出氣凝膠/相變復合薄膜，該相變復合薄膜：(1)相變焓高達179.1 J/g；(2)紅外發射率與多數環境背景匹配；(3)在3μm～15μm紅外波段具有超低紅外透過率。在室外環境(如光照)下，用該復合薄膜覆蓋無發熱物體，可實現紅外隱身。對持續發熱物體(比如發動機)，提出了氣凝膠隔熱層與相變復合薄膜疊加的組合結構：Kevlar氣凝膠薄膜具有優異的隔熱性能，根據目標與環境之間的溫度差異，選擇合適層數或者厚度的氣凝膠層，可將溫度降低至與環境溫度匹配；相變復合薄膜具有低紅外透過率，高溫目標發射的紅外光無法透過。因而覆蓋這種組合結構的高溫目標在紅外照片中也能實現紅外隱身。根據使用場景，選用匹配的氣凝膠/相變復合薄膜，或者組合結構，即可實現紅外隱身。