用于太陽能發電的纖維集熱器與利用生物發光的衣服

文/侯海燕

人類對能源的渴求是無法滿足的。隨著新型電子產品越來越多，移動能源愈加變得重要。不僅如此，人幾乎總是在移動，因此需要依賴移動電源來為智能手機、平板電腦和筆記本電腦充電。固定的電源插座在未來可能會過時，而移動電源可能來自我們自己的衣服。一種應用于紡織纖維上的新聚合物很快可以成為太陽能收集器，從而為創造新型的移動電源創造了條件。

瑞士材料實驗室（EMPA）研究人員開發出一種類似于發光太陽能聚光器(LMC)的材料，這種材料用紡織纖維做成，因此它被認為是為服裝收集型的移動能源開辟了可能性。LMC早已被用于太陽能工業。這種發光材料利用LSC捕捉環境中的散光，然后將其轉化為電能并將其傳輸到蓄電池。然而，LSC目前僅能作為剛性部件，不適合用于紡織品，因為它既不靈活，也不能滲透到空氣和水蒸氣中。

由EMPA的仿生膜和紡織品實驗室專家盧西安諾·博賽爾（Luciano Boesel）領導的跨學科研究小組現已成功地將其中幾種發光材料結合到一種聚合物上，這種聚合物恰恰避免了LSC的弱點，提供了所需要的柔韌性和透氣性。

這種新材料是基于兩親性共網（APCNs）聚合物制成的，這些聚合物早已為專家熟知，并且以硅酮—水凝膠隱形眼鏡的形式應用于市場。APCN具有特殊性質，即存在空氣和水蒸氣的滲透性以及柔韌性和穩定性，它有利于提高視覺，并且有特殊的化學性質。科學家將這種聚合物在納米尺度上加入兩種不相容的發光材料，并讓其相互作用。此外，他們與EMPA其他實驗室如薄膜實驗室和光電池實驗室，以及高纖維實驗室合作，在凝膠體中添加了兩種不同的發光材料，使其成為一種靈活的太陽能集光器。就像大規模集熱器一樣，這類發光材料能捕捉到的光譜比傳統的玻璃光譜要寬得多。這樣一來，新型太陽能聚光器即可應用于紡織纖維，而不會使紡織品變脆，也不容易開裂或以汗液的形式積累水蒸氣。穿在身上的太陽能聚光器為日益增長的能源需求提供了巨大的好處，特別是為便攜式設備提供了能源條件。

與之同時，瑞典博拉斯大學的一位研究人員斯維塔·利爾（Sweta Lyer）利用生物基研發出一種發光的紡織品，它可通過使用生物發光反應來產生能源。該大學的一位研究人員已證實，發光紡織品使用生物發光反應系統來制造。她在博拉斯大學紡織技術領域的博士論文中提及，了解不同生物體內存在的生物發光反應機制和反應體系非常重要，因為這樣才能在紡織品中產生發光效應。利用生物發光的紡織品，即用一種生物啟動電流的方法是基于自然界中存在著的特性生物。

這項研究的旅程始于斯維塔在印度孟買大學物理化學碩士畢業后，開始同時為幾家紡織公司擔任研究員。這讓她對紡織工藝和服裝加工業都有了深入的了解。最初引起她興趣的問題是，如何將新型化學物質應用于紡織品以實現新的功能。自然界中的生物發光體及其反應機制在生物學和生物化學中早已有長足的研究，但以前并沒有應用于紡織品。因此斯維塔意識到，這是一個填補紡織研究空白的機會。她的研究采用了生物固化酶和等離子體處理等生態方法。她認為，傳統的染色和印染方法原則上是有效的，但并不屬于可持續的節約型工藝。她因此通過噴墨和印花向人們展示，雖然過去的工藝也可持續，但與環境的要求相去甚遠。而她攫取生物光源的方式屬于資源節約型方法并且得到成功的驗證，她的這個理念受到廣泛的歡迎。

發光材料在生物醫學、生物傳感、安全、建筑和美學等領域有著廣泛的應用前景。不僅如此，生物發光材料還能獲得紫外線保護和抗菌等多種功能。專家認為，一旦上述兩項技術融合，那么智能穿戴的大多數瓶頸問題均可獲得解決。生物發光與太陽能集熱器的材料可促使智能穿戴如虎添翼，應用更寬更廣，甚至直接服務于日常電子產品。若這樣，人類的智能穿戴將獲得全方位的提升，為人類造福不再是夢想。

（據美國《紡織創新》和高級紡織資源網 https://www.innovationintextiles.com/solar-collector-for-energygenerating-clothing/https://www.innovationintextiles.com/solar-collector-for-energy-generating-clothing/https://advancedtextilessource.com/2020/10/26/biobased-products-can-produce-luminescent-textiles/近期資料）