說到纖維，人們馬上會聯(lián)想到紡紗織布。國際上正在醞釀的一場纖維革命，正試圖賦予纖維感知和信息處理功能，使傳統(tǒng)織物擁有生命和智能。屆時，改性后的纖維將作為一種載體，把物理世界、人體世界和虛擬世界連接起來。
國內專家第一時間捕捉到這一信息，率先在國際上提出“大纖維”概念。當下，國 內外圍繞智能纖維研發(fā)及其產業(yè)化的進程明顯加快，尤其是國內一些高校、研發(fā)機構及相關行業(yè)和企業(yè)，已紛紛關注并投身到這一破土而出的新領域。
圖片說明: 這張創(chuàng)意圖旨在表達纖維、電子、芯片等在未來將融為一體。
所有故事源于纖維的改變
作為構成物質世界和生命體基本組分 (單元) 的纖維和我們人類的生活息息相關，衣被天下的棉麻桑羅、維持生命的基本膳食，究其本源無不是纖維。
說到纖維，人們馬上會聯(lián)想到一維形態(tài)、柔韌性很好的纖細物態(tài)。然而時至今日，纖維還是那個纖維，但其內涵已大大改變。由于納米材料、高分子、半導體電子器件、軟件工程、纖維改性等諸多學科和技術的介入，纖維在變得更纖細、更耐磨、更抗拉的同時，正在被賦予電學、光學性能和信息收發(fā)、儲存功能。目前，國內外實驗室都已獲得能接收傳輸電信號或是能發(fā)光、發(fā)熱、儲能的纖維。
一個以新型纖維材料為基礎，具備多材料、多結構、多功能特點，能夠感知、計算、儲能、通信、執(zhí)行的新型智能材料家族，已經開始出現(xiàn)并走向市場。與此同時，纖維的超高性能化和綠色化將成為未來主流趨勢；智能、超能、綠色特征的進一步交叉融合，將催生許多全新的纖維品種，其中相當比例最終將轉化為巨大的商業(yè)價值。這一大類完全跨界的未來新型品類稱為“大纖維”，支撐大纖維的是一門新的交叉學科，不妨叫“大纖維科學”。
中國人首先提出“大纖維”概念
值得一提的是，由中國跨界專家組成的一個工作組兩年前就關注到這一大變革趨勢，并一直在不遺余力地做這方面的信息收集、研判、傳播工作，并在一年前提出“大纖維”概念。所謂“大纖維”，是指基于材料、信息、機械、生物、能源等學科領域的技術突破與交叉融合，以“智能、超性能、綠色”為特征，具有多功能、多結構、多材料特性，能夠對傳統(tǒng)產業(yè)集群起到高滲透性、顛覆性、革命性提升效果的新一代纖維。
上述大纖維定義已得到包括美國工程院院士程正迪教授在內的一批該領域權威專家認可。他們認為，“大纖維”的表述較智能纖維等，更接近現(xiàn)在人們對這場纖維革命本質的理解。
纖維改變導致的性能上的變化，使得織物和服裝由原先的低功能物品轉變?yōu)楦呒夹g物品成為可能。美國在一年半前提出“革命性織物和纖維”的概念，這里說的革命性織物和纖維就是多材料、多結構的智能纖維。在這樣的纖維變革背景下，未來紡織業(yè)將不再只是紡紗織布的概念，而是在提供滿足各種保暖、美觀需求的同時，派生出健康健身、節(jié)能環(huán)保、智能通信服務等一系列功能產品和服務行業(yè)。這也將是繼20世紀硅基芯片發(fā)明帶給人類社會翻天覆地變革后，由纖維帶來的勢必攪動21世紀社會進步進程的產業(yè)革命。
從2014年起，德國就確立了名為“未來紡織”的國家級戰(zhàn)略項目(futureTEX)。在德國人看來，今天的紡織業(yè)已不再是一個傳統(tǒng)產業(yè)，而是基于新材料、節(jié)能環(huán)保、智能產品等創(chuàng)造出的全新行業(yè)、產品和服務。德國人對紡織業(yè)的定位是：“要讓新型紡織、纖維作為工業(yè)4.0的急先鋒，成為德國最有創(chuàng)新活力的行業(yè)之一。”同樣在歐盟重塑紡織服裝產業(yè)的創(chuàng)新計劃中，高性能、多功能和智能化纖維都是核心主題。
全球范圍有關纖維改性的實驗室工作，2007年起就在《自然》雜志等刊出。歷經十年發(fā)展，特別是近年來隨著納米、材料、電子、信息等科技的加快滲透，這方面的發(fā)展出現(xiàn)拐點式增長勢頭。據(jù)美國領導革命性纖維計劃的麻省理工學院教授芬克今年4月
的報告稱，纖維中所含設備或芯片數(shù)量每隔12個月會增長一倍，這種“智能纖維的摩爾定律”將創(chuàng)造出一個前所未有的全新行業(yè)。
大纖維的應用領域
讓我們從實用性和器物層面，來理解這場纖維革命將對人們的生活方式帶來哪些影響。
T恤〓智能手機 芬克教授在前不久的一次報告中，開門見山地把 T恤和蘋果手機等同起來：蘋果手機良好功能的關鍵在于電子芯片，它結合了電子芯片和信息交流技術的優(yōu)勢。但其實形成網絡讓人們去交流的關鍵物件是光導纖維。所以，蘋果手機和纖維本質上是相通的。
可穿戴電子的未來 過去4年，麻省理工學院的研究團隊在做的就是試著讓纖維的功能最大化，試著去設計和生產能當作工具的纖維?？梢园芽茖W家的工作想象成他們試圖在纖維內部建立一個完整的綜合插座，關鍵是這個綜合插座不是粘貼或連接在纖維上的，而是纖維本身的一部分。
為了做到這一點，有三個先決條件：首先，這種纖維需要多種材料構成，來源多樣化可導致功能多樣化。其二，將不同材料聚合在一起的構建過程也是決定最后功能的重要因素。因此，材料和構建同等重要。最后是纖維的尺度，即采用什么樣的尺寸才更適合纖維功能的發(fā)揮。科學家們馬上想到的是，可以從集成度極高的半導體裝置那里得到啟示。
具有聽覺的纖維 既然纖維可以辨別物體，那么它會識別聲音嗎？為了讓纖維識別聲音，研究人員把電子材料轉化為纖維，并繪制出纖維圖。把纖維的金屬線頭連接起來，接到多插頭插座上，這樣就能聽到纖維傳導的聲音。不僅如此，如果你對著纖維說話，它就會收集聲音并將其轉換成電子。大約一年前，這些工作就發(fā)表在 《自然·材料》 雜志上。之后，麻省理工的科學家團隊利用這一技術，研制出能夠傳遞聲音的纖維。這一成果的核心，就是使纖維發(fā)射不同頻率的波長。
具有聽覺的纖維對我們有什么吸引力呢？很多人喜歡一邊跑步一邊聽音樂，可當你跑步的時候耳機總是掉，就會感覺很不舒服。一旦日后可以把這類纖維嵌入衣服中，形成振動波長，就足以引導聲音，這樣一來，就沒有必要往耳朵里塞東西，衣服會直接把聲音傳到耳朵。科學家預計，很快人們就可能對這種實用性的纖維加以利用。
變色纖維 科學家在纖維中加入了可以顯色的物質，這種物質見到光，會發(fā)生改變。在東華大學纖維材料改性國家重點實驗室里，一種能主動感知外界環(huán)境并作出相關反應的纖維，可以自己發(fā)電、發(fā)光、發(fā)熱、變色、變形。王宏志教授課題組經過多次反復實驗，已經實現(xiàn)纖維在通電環(huán)境下的自主變色。只要導入2－3伏的低電壓刺激，纖維就能在毫秒內實現(xiàn)紅、黃、藍三色變化，并能保持顏色達半小時。即使在扭曲、打結和編織的情況下，仍能變色。
香港理工大學陶肖明教授前兩年也開發(fā)出這種變色衣服，他們采用的是塑料光纖，目前可以將光纖與LED技術連接起來，以控制變色和變圖案。
能發(fā)電、儲電的衣服 復旦大學高分子系彭慧勝教授在近期的一次演講中，向聽眾展示了他的實驗室正在探索研發(fā)的智能纖維導向實際應用的幾項實驗，包括能發(fā)電、儲電的衣服和可變色發(fā)光的衣服。未來我們穿著的衣服如果能發(fā)電的話，可以解決很多領域的用電需求，從而改變我們的生活。
要做成這種發(fā)電的衣服，首先要得到能發(fā)電的纖維。研究人員發(fā)明了一種名為“取向碳納米管纖維”的獨特材料，它的電導率與金屬相當，可以制作成纖維碳納米管電池，然后制成衣服，這樣一件衣服一個白天 (10小時) 可發(fā)電6.1萬毫安時，其電量可以為蘋果手機充電4次。
智能纖維的其他應用 智能纖維還有其他很多功能，比如可以把它做到可發(fā)熱、可制冷，以輕松應對一些極端條件。再比如，可以把有粘附功能的纖維做成手套，只要你戴上手套，就可以在墻壁上爬行，變身現(xiàn)實版“蜘蛛俠”。
這種獨特纖維也可在醫(yī)學上開展重要應用，比如香港理工大學陶肖明團隊研發(fā)出一種新生兒黃疸光療設備，稱為“O－毯”，它包含一層發(fā)光織物，并夾在由面層、反光背面織物構成的覆蓋織物之間。這種布料由側發(fā)光聚合物光纖和紡織紗線組成，可提供波長440－460納米的照射，強度符合美國兒科學會的標準。把這種發(fā)光纖維做成毯子，所發(fā)出的柔和光可治療新生兒黃疸，這樣就不需要把嬰兒放在冷冰冰的治療箱里，而只要將毯子裹住嬰兒，就能起到更好的治療作用，同時也毋需讓嬰兒和母親分開。
以上所介紹的智能纖維的各項功能，已在國內外不同實驗室先后成功得到可顯示的結果和數(shù)據(jù)，有些已從實驗走向樣品，少部分已在進行產業(yè)化前的放大試驗。也正因為如此，大纖維吸引了一批風險投資基金的關注，一部分具有前瞻性眼光的創(chuàng)新型企業(yè)，已開始進行產業(yè)化前期布局。
當然，這一領域的中外科學家們坦言，以上進展基本上還處在實驗室階段，要將其中部分成果轉化為商品，還有很多科研工作需要完善。由智能纖維催生的大纖維產業(yè)革命絕不是天方夜譚，一個新的產業(yè)領域正在萌動。
