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凯发k8娱乐官网创制纤维新材料 织就美好新生活(科技名家笔谈·75年家国)|羞羞

Created on:2024-12-13 22:56:14

 

  2024年6月ღ★ღ,嫦娥六号着陆器携带的五星红旗在月球背面成功展开ღ★ღ,这一抹亮眼的“中国红”由玄武岩拉成的细丝织就ღ★ღ,代表了国际纤维材料技术前沿ღ★ღ。早在远古时期ღ★ღ,人类就开始利用动物皮毛ღ★ღ、树皮和草叶等天然纤维材料制成衣物抵御寒冷ღ★ღ。与人类社会同步发展的纤维材料ღ★ღ,正借助一系列新技术焕发新貌ღ★ღ,从缝制衣服的布料演进为服务于衣食住行和生产生活方方面面的先进基础材料ღ★ღ。

  纤维材料是指具有足够的细度(直径<100微米)和长径比(长度/直径>1000)ღ★ღ,具有定向导向性ღ★ღ、可编程性ღ★ღ、可柔性加工的物质ღ★ღ。纤维材料技术诞生于实用需要ღ★ღ。伴随体毛逐渐退化ღ★ღ,人类学会了从亚麻ღ★ღ、棉花ღ★ღ、羊毛和蚕丝等动植物中提取纤维ღ★ღ,将其精制成更为柔软和耐用的布料ღ★ღ。在古印度ღ★ღ,棉花被织成布料ღ★ღ,由此传遍世界各地ღ★ღ;古埃及人用亚麻制作衣物ღ★ღ;中国的丝绸不仅实用与美感兼具ღ★ღ,也以此为纽带形成了沟通世界的丝绸之路ღ★ღ,推动了贸易发展与文明交流ღ★ღ。这些天然纤维来自大自然ღ★ღ,从原有材料或人工饲养培植的动植物身上直接取得ღ★ღ,普遍具有较好的吸湿性ღ★ღ、透气性ღ★ღ、亲肤性和环境友好特性ღ★ღ,主要应用于纺织工业ღ★ღ。

  天然纤维细度和长度不均匀ღ★ღ、伸长能力弱ღ★ღ,化学纤维技术应运而生ღ★ღ。早在1664年ღ★ღ,科学家提出设想ღ★ღ:对天然高分子或人工合成高分子材料进行加工处理ღ★ღ,制成纤维材料ღ★ღ。但由于当时人们对纤维的基本结构知之甚少凯发k8娱乐官网ღ★ღ,这一想法直到200多年后的19世纪才得以实现ღ★ღ。1891年ღ★ღ,人造丝(粘胶纤维)首次制造成功ღ★ღ,标志着人类开始有能力制造化学纤维ღ★ღ。1935年ღ★ღ,聚酰胺纤维的发明ღ★ღ,开创了合成纤维的历史ღ★ღ。这种纤维材料还有一个人们熟悉的俗称ღ★ღ:尼龙ღ★ღ。尼龙的耐磨性是棉花的10倍ღ★ღ,强度比棉花高1—2倍ღ★ღ、比羊毛高4—5倍ღ★ღ,能经受上万次弯折而不断裂ღ★ღ,化学稳定性强ღ★ღ,是衣物ღ★ღ、绳索等的理想材料ღ★ღ,在多个领域迅速取代天然纤维ღ★ღ。紧随其后ღ★ღ,由有机二元酸和二元醇通过化学缩聚得到的合成高分子制成的聚酯纤维(涤纶)ღ★ღ、以石油精炼副产物丙烯为原料制成的聚丙烯纤维(丙纶)等合成纤维相继问世ღ★ღ。

  除了尼龙ღ★ღ、涤纶ღ★ღ、丙纶ღ★ღ,常见的合成纤维还有腈纶凯发k8娱乐官网ღ★ღ、氯纶ღ★ღ、维纶ღ★ღ、氨纶和聚烯烃弹力丝等羞羞漫画首韩漫页免费现在阅读ღ★ღ。这些纤维材料均由合成的高分子化合物制成ღ★ღ,就像自然界中的新物种ღ★ღ,以其独有的特性和优势ღ★ღ,拓宽了纤维材料的应用范围ღ★ღ,不仅在日常生活中扮演着重要角色ღ★ღ,还在工业生产中展现出巨大的潜力ღ★ღ。

  20世纪下半叶ღ★ღ,合成纤维材料迎来高速发展时期ღ★ღ。随着人工合成高分子材料的大量涌现和现代高分子科学的进步ღ★ღ,高性能纤维作为合成纤维家族的新成员逐渐崭露头角ღ★ღ。科学家们巧妙利用分子设计ღ★ღ、高分子合成与纤维加工技术ღ★ღ,创造出一系列性能优异的先进纤维材料ღ★ღ。比如ღ★ღ,碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强高模纤维ღ★ღ,具有高强度ღ★ღ、轻质和耐高温特性ღ★ღ,直径只有头发丝的1/10至1/12ღ★ღ,强度却是铝合金的4倍以上ღ★ღ,在航空航天ღ★ღ、体育器材和高铁汽车等领域大显身手ღ★ღ。又如芳香族聚酰胺纤维(芳纶)ღ★ღ,以其防弹ღ★ღ、防火和耐化学腐蚀的特性ღ★ღ,在工业防护和军事领域占据重要地位ღ★ღ。还有超高分子量聚乙烯纤维ღ★ღ,以其极高的强度和优异的耐磨性能ღ★ღ,成为高强度绳索的首选ღ★ღ。

  单就材料性能而言ღ★ღ,合成纤维似乎已经到达极限ღ★ღ,但科技发展永远需要想象力ღ★ღ。在不少科幻电影里ღ★ღ,人们身上的衣服不仅可以“七十二变”ღ★ღ,还集成了各种电子产品ღ★ღ,像一位智慧超群的得力助手ღ★ღ。随着材料科学不断发展并与光学ღ★ღ、电磁学ღ★ღ、信息技术等其他学科交叉融合ღ★ღ,智能纤维材料有望让科幻场景变成现实ღ★ღ。

  智能纤维材料集成传感器和各种功能材料ღ★ღ,能够敏锐感知并响应外界环境的微妙变化ღ★ღ。这样的特性源自其多尺度精细结构ღ★ღ,独特的光ღ★ღ、电ღ★ღ、力ღ★ღ、热ღ★ღ、磁性能以及柔性功能ღ★ღ。由此ღ★ღ,便携式电子产品ღ★ღ、人机接口电极ღ★ღ、能量存储和转换设备等都能够集成于纤维状智能材料ღ★ღ,并被编织成可穿戴ღ★ღ、可响应ღ★ღ、可美化的柔性纺织品ღ★ღ,在智慧监测ღ★ღ、智慧医疗ღ★ღ、智慧交通ღ★ღ、智慧生活等领域发挥重要作用ღ★ღ。

  以一种新型“不插电”智能纤维为例ღ★ღ,它基于与人体相匹配的能量交互机制ღ★ღ,集无线能量采集ღ★ღ、信息感知与传输等功能于一身ღ★ღ。这种纤维编织成的智能纺织品ღ★ღ,无需依赖传统的芯片和电池ღ★ღ,便能实现发光显示ღ★ღ、触控等人机交互功能ღ★ღ,有效简化可穿戴设备和智能纺织品的硬件结构ღ★ღ,有望解决目前可穿戴设备“不舒服”的难题ღ★ღ。这一突破性成果ღ★ღ,为人与环境的智能交互开辟新的可能ღ★ღ,展现了智能纤维材料的广泛应用前景ღ★ღ。未来ღ★ღ,智能纤维将在与生产生活各领域的融合发展中ღ★ღ,伴随我们走进更加智能ღ★ღ、便捷和舒适的未来生活ღ★ღ。

  在交叉融合以外ღ★ღ,新型纤维材料也在最基础ღ★ღ、最本质的材料来源上努力实现突破ღ★ღ。科学家们将目光投向遥远的月球ღ★ღ,创制一种神奇的纤维材料——月壤纤维ღ★ღ。月壤ღ★ღ,这层覆盖在月球表面的神秘面纱ღ★ღ,由细小的岩石ღ★ღ、矿物颗粒和微小的玻璃珠组成ღ★ღ。它的主要成分包括硅酸盐ღ★ღ、氧化物和少量金属元素ღ★ღ,通过高温熔融和拉丝技术ღ★ღ,这些成分可以转化为具有卓越性能的纤维材料ღ★ღ。在地球上ღ★ღ,玄武岩纤维以其优异的力学性能ღ★ღ、耐腐蚀性ღ★ღ、宽广的工作温度范围和低热导率ღ★ღ,成为建筑ღ★ღ、交通等领域的重要材料ღ★ღ。月壤与地球的玄武岩矿石在成分和性质上有着惊人的相似之处ღ★ღ。借鉴地球上玄武岩纤维的制备技术凯发k8娱乐官网ღ★ღ,利用月壤拉制的纤维有望成为月球基地建设材料ღ★ღ,满足原位取材需求ღ★ღ。有了“造房子”的材料ღ★ღ,到地球外长期居住并进行能源开发也许会成为现实ღ★ღ,进而打开人类通往宇宙深处的大门ღ★ღ。

  随着科技不断进步ღ★ღ,新型纤维材料的研究应用正迈上新的台阶ღ★ღ。目前ღ★ღ,科研工作者正充分利用材料科学ღ★ღ、物理化学凯发k8娱乐官网ღ★ღ、电子信息ღ★ღ、系统科学等多学科知识ღ★ღ,不断创制新型纤维材料ღ★ღ,赋予其前所未有的性能和功能ღ★ღ。直径更细ღ★ღ、链取向更好ღ★ღ、结构缺陷更少羞羞漫画首韩漫页免费现在阅读ღ★ღ,以最小能量实现更复杂功能及更高性能ღ★ღ,成为新型纤维材料的发展方向ღ★ღ。除了性能上的飞跃ღ★ღ,未来的纤维材料还将对自然更加友好ღ★ღ。基于人类的可持续发展ღ★ღ,生物基纤维和生物可降解纤维的创新开发ღ★ღ,将为我们解决环境污染问题提供新的思路ღ★ღ。

  由于纤维材料的柔性和多样化的可加工特性ღ★ღ,其应用已经超越了传统织物和纺织品ღ★ღ,在战略性新兴产业如人工智能ღ★ღ、电子信息ღ★ღ、航空航天ღ★ღ、新能源ღ★ღ、生物医药等领域具有更广泛的应用ღ★ღ。纤维新材料的发展具有高科技ღ★ღ、高效能ღ★ღ、高质量特征ღ★ღ,亟须与物理ღ★ღ、化学ღ★ღ、生物ღ★ღ、医学和信息技术等融合ღ★ღ,开发具有高性能ღ★ღ、多功能ღ★ღ、更智能和可持续的纤维材料与器件ღ★ღ,实现多功能耦合与杂化ღ★ღ,满足未来产业的应用需求ღ★ღ。随着基础研究的发展和纤维制造技术的进步ღ★ღ,中国化纤行业稳步增长ღ★ღ,世界上大约70%的合成纤维产自中国ღ★ღ。然而ღ★ღ,国内基础理论与高性能纤维及其复合材料的产业发展仍然落后于发达国家ღ★ღ。一些关键技术的工业化仍未解决ღ★ღ,因此部分高性能纤维和复合材料仍然依赖进口ღ★ღ。纤维材料ღ★ღ,特别是高性能ღ★ღ、生物基和可持续纤维材料ღ★ღ,在“十四五”规划中被列为亟须改进和发展的关键战略性材料ღ★ღ。

  与此同时ღ★ღ,人工智能正在影响着每个人的生活ღ★ღ,具有交互式功能的智能纤维被认为是下一代纤维ღ★ღ。随着纳米技术和材料科学的发展进步ღ★ღ,我们团队通过有机—无机杂化策略ღ★ღ,引入多功能基元ღ★ღ,设计构筑跨尺度(包括分子ღ★ღ、纳米ღ★ღ、微米级)结构ღ★ღ,并建立功能耦合和传递机制ღ★ღ,将智能功能融入纤维中ღ★ღ,以实现光电转换ღ★ღ、力学响应和生物兼容性等多种功能ღ★ღ。基于多尺度精细结构及独特的光ღ★ღ、电ღ★ღ、力ღ★ღ、热ღ★ღ、磁性能的一维材料体系成为“F(Functional)+I(Intelligence)+B(Brainy)+E(Electronic)+R(Responsive)”闭环系统的重要组成部分ღ★ღ。基于智能纤维的便携式电子产品ღ★ღ、人机接口电极ღ★ღ、能量存储和转换设备可以被编织成可穿戴纺织品ღ★ღ,未来将在智慧监测ღ★ღ、智慧医疗ღ★ღ、智慧交通ღ★ღ、智慧生活等领域发挥关键作用ღ★ღ。

  总体而言ღ★ღ,纤维制备的挑战是如何制备具有更细直径ღ★ღ、更好链取向ღ★ღ、更少结构缺陷并以最小的能量实现更复杂功能的纤维ღ★ღ。纤维科学已经成长为一个多学科交叉的研究前沿ღ★ღ,纤维技术也成为影响和引导现代工业发展方向的重要技术领域ღ★ღ。纤维材料作为新质生产力的典型代表ღ★ღ,其发展目标是通过技术创新和突破ღ★ღ,充分利用材料科学ღ★ღ、物理化学ღ★ღ、电子信息ღ★ღ、系统科学等多学科知识ღ★ღ,基于耦合和杂化理念ღ★ღ,创制纤维新材料ღ★ღ,服务国家战略产业和产业转型升级ღ★ღ。

  一根根纤维ღ★ღ,见证了人类的发展ღ★ღ,连接着未来生活ღ★ღ。从天然纤维的质朴ღ★ღ,到合成纤维的多样ღ★ღ,再到智能纤维的奇妙羞羞漫画首韩漫页免费现在阅读ღ★ღ,纤维材料每一次技术革新和发展ღ★ღ,都不断为人类生活增添新的色彩ღ★ღ,带来新的惊喜凯发k8娱乐官网ღ★ღ。

  如今ღ★ღ,纤维材料科学已成为多学科交叉的研究前沿ღ★ღ,纤维技术也成为现代工业发展的重要组成部分ღ★ღ。我们期待ღ★ღ,更多先进纤维材料为生产生活带来便利羞羞漫画首韩漫页免费现在阅读ღ★ღ,为中国产业转型升级注入强劲动力ღ★ღ。

  (作者为中国科学院院士ღ★ღ,东华大学材料科学与工程学院院长ღ★ღ、纤维材料改性国家重点实验室主任ღ★ღ;长期从事纤维材料的复合化ღ★ღ、功能化和智能化研究羞羞漫画首韩漫页免费现在阅读ღ★ღ,提出并建立了热塑性聚合物纤维功能化设计思路和全流程功能化技术体系ღ★ღ,创建了介观诱导制备智能纤维的新方法ღ★ღ;获国家技术发明奖二等奖ღ★ღ、国家科技进步奖二等奖ღ★ღ、何梁何利科学与技术青年创新奖ღ★ღ、全国创新争先奖状等)凯发娱发K8官网ღ★ღ,天生赢家·一触即发ღ★ღ,凯发国际k8官网登录手机ღ★ღ,凯发k8娱乐官网入口ღ★ღ!K8天生赢家一触发ღ★ღ,凯发k8天生赢家一触即发官网ღ★ღ,