用于太陽能發(fā)電的纖維集熱器與利用生物發(fā)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(chǎn)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(yīng)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(chuàng)造新型的移動電源創(chuàng)造了條件。

瑞士材料實驗室（EMPA）研究人員開發(fā)出一種類似于發(fā)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(rèn)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(yè)。這種發(fā)光材料利用LSC捕捉環(huán)境中的散光，然后將其轉(zhuǎn)化為電能并將其傳輸?shù)叫铍姵亍Ｈ欢琇SC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(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科研究小組現(xiàn)已成功地將其中幾種發(fā)光材料結(jié)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(wǎng)（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(yīng)用于市場。APCN具有特殊性質(zhì)，即存在空氣和水蒸氣的滲透性以及柔韌性和穩(wěn)定性，它有利于提高視覺，并且有特殊的化學(xué)性質(zhì)。科學(xué)家將這種聚合物在納米尺度上加入兩種不相容的發(fā)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(fā)光材料，使其成為一種靈活的太陽能集光器。就像大規(guī)模集熱器一樣，這類發(fā)光材料能捕捉到的光譜比傳統(tǒng)的玻璃光譜要寬得多。這樣一來，新型太陽能聚光器即可應(yīng)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(shè)備提供了能源條件。

與之同時，瑞典博拉斯大學(xué)的一位研究人員斯維塔·利爾（Sweta Lyer）利用生物基研發(fā)出一種發(fā)光的紡織品，它可通過使用生物發(fā)光反應(yīng)來產(chǎn)生能源。該大學(xué)的一位研究人員已證實，發(fā)光紡織品使用生物發(fā)光反應(yīng)系統(tǒng)來制造。她在博拉斯大學(xué)紡織技術(shù)領(lǐng)域的博士論文中提及，了解不同生物體內(nèi)存在的生物發(fā)光反應(yīng)機制和反應(yīng)體系非常重要，因為這樣才能在紡織品中產(chǎn)生發(fā)光效應(yīng)。利用生物發(fā)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(xué)物理化學(xué)碩士畢業(yè)后，開始同時為幾家紡織公司擔(dān)任研究員。這讓她對紡織工藝和服裝加工業(yè)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(xué)物質(zhì)應(yīng)用于紡織品以實現(xiàn)新的功能。自然界中的生物發(fā)光體及其反應(yīng)機制在生物學(xué)和生物化學(xué)中早已有長足的研究，但以前并沒有應(yīng)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(tài)方法。她認(rèn)為，傳統(tǒng)的染色和印染方法原則上是有效的，但并不屬于可持續(xù)的節(jié)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(xù)，但與環(huán)境的要求相去甚遠(yuǎn)。而她攫取生物光源的方式屬于資源節(jié)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(fā)光材料在生物醫(yī)學(xué)、生物傳感、安全、建筑和美學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。不僅如此，生物發(fā)光材料還能獲得紫外線保護(hù)和抗菌等多種功能。專家認(rèn)為，一旦上述兩項技術(shù)融合，那么智能穿戴的大多數(shù)瓶頸問題均可獲得解決。生物發(fā)光與太陽能集熱器的材料可促使智能穿戴如虎添翼，應(yīng)用更寬更廣，甚至直接服務(wù)于日常電子產(chǎn)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(jù)美國《紡織創(chuàng)新》和高級紡織資源網(wǎng) 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）