朱美芳 仿月球环境集中攻关“就月”取材智造纤维

你知道吗？有一种像头发丝那样的纤维，竟然具有传感、通信、充电的功能，是名副其实的“智能纤维”。

我国纤维材料和纺织产业领域第一个国家重点实验室——纤维材料改性国家重点实验室，诞生至今已32年。该实验室主任、中国科学院院士、东华大学材料科学与工程学院院长朱美芳教授感慨地说：“上世纪早期，涤纶、锦纶是高技术含量的产品，因为解决了人类的穿衣问题。而现在，航天器、大飞机、高铁等高精尖设备，都离不了高性能纤维。‘智能纤维’是新质生产力的重要组成部分。”

用纤维“编织”太阳能电池

身处东华大学松江校区五号学院楼，眼前是一个神奇的“纤维世界”。踏入其间，首先映入眼帘的是“纤维走廊”，各式纤维都有其历史：涤纶（又称“的确凉”），不易变形，易洗快干；锦纶，世界上最早的合成纤维品种，具有良好的强度和吸湿性……

如今，高性能纤维具有极其独特的功能。一根看上去如头发丝的碳纤维被称为“黑色黄金”，它经1000℃以上高温烧制，含碳量90%以上，比重只有钢的四分之一，拉伸强度却是高性能钢的四倍，导电性能是铝的十分之一，导热率是银的两倍以上，在惰性气氛下可耐受3000℃以上的高温。高性能纤维及复合材料作为重要的结构材料，在国防、航空、航天、汽车、高铁、建筑等领域用途广泛。朱美芳教授坦言：一个国家的高性能纤维研发能力，直接体现其高科技竞争实力。

朱美芳和她的团队在“纤维状柔性太阳能电池”研发上已取得重要突破。形象地说，就是像织布一样用纤维“编织”太阳能电池，电源以纤维的形式变成了“衣服”，可以自己把太阳能转化为电能、光能或热能。

智能手表等可穿戴电子设备的发展，仍面临一些瓶颈问题，比如充电。“让手表的表带变成一个充电器”，朱美芳带领的团队采用浮动气相沉积纺丝法，可连续制备上千米的生物基碳纳米管纤维及其纱线。此类纤维不仅电导率、强度达同类常规产品性能，还可方便地编织成所需织物类型，并保持理想的导电性。

神奇“智能纤维”用途广泛

采用特定“智能纤维”制成的衣服，下雨天穿不会打湿，或只穿薄衣就可抵御严寒。还有一种“变色服”，在不同环境下会自动变色：在沙漠，它是黄色；走进森林，它变成绿色。衣服变得如此神奇，就是因为采用了“智能纤维”，这将逐渐改变人们的生活。

采用微创手术治疗冠心病、脑中风、大动脉血管瘤、房颤等疾病的成败，以及患者术中体验的舒适度高低，也与中空纤维管有着密切关系。假如中空纤维管太软，则不能顺利通过血管到达病变位置，强度不够还易导致手术失败；太硬的话，患者的舒适性降低，还易刺破血管内壁造成手术事故。作为先进的纤维材料，微创伤介入医疗中空纤维管的制备技术长期被国外公司封锁，市场遭到垄断，国内临床使用之前大量依赖进口，价格昂贵。东华大学材料科学与工程学院余木火教授早在十多年前就关注到这一“软硬两难”的导管材料技术问题，他下决心攻关，通过与上海微创医疗器械（集团）有限公司中空纤维管技术中心进行产学研合作，带领团队对中空纤维管制备技术展开了长期系统研究，取得了一系列重要进展。

成功搭建仿月壤拉丝装备

“东华材料人”关于“智能纤维”的创新在不断续写。不久前，东华大学材料科学与工程学院先进功能材料课题组在Science（《科学》）上发表研究论文。该研究提出了基于“人体耦合”的能量交互机制，并成功研发出集无线能量采集、信息感知与传输等功能于一体的新型智能纤维。由其编织制成的智能纺织品，无需依赖芯片和电池便可实现发光显示、触控等人机交互功能，这一突破性成果为人与环境的智能交互开辟了新可能，具有广泛应用前景。

朱美芳说，全世界75%以上的化纤由中国制造，而“智能纤维”正引领中国走向“纤维强国”。眼下，朱美芳领衔的“智能纤维”研究“跃”出了地球。未来，月球基地建设任务需要纤维结构材料，超远途运输成本巨大，能否就“月”取材制造？模拟月球环境的月壤玄武岩纤维制备技术，目前在国际上仍属空白。瞄准仿月球环境下的月壤纤维成型这一难题，朱美芳团队正开展集中攻关，目前已自主设计并成功搭建了模拟月球环境的仿月壤拉丝装备，实现了仿嫦娥五号月壤的连续熔融纺丝，为未来月球建设提供了技术储备。 本报记者 张炯强

【行业链接】

早在上世纪，中国就研发出性能优越的航天级高纯粘胶基碳纤维，为航天器飞天提供了关键性技术支持。后来，东华大学团队研制出玻璃纤维网格材料，作为关键创新材料已成功应用于我国“天宫一号”“天宫二号”“天舟一号”航天器。该技术不仅极大地提高了太阳能电池的发电量，而且大大地降低了电池翼重量。可见，纤维作为一种新材料的来源，是航天技术不可或缺的一环。

“不插电”就能发光发电的纤维，实现了将能量采集、信息感知、信号传输等功能集成于单根纤维中，并通过编织制成不依赖芯片和电池的智能纺织品。这种新型纤维能够运用到服装服饰、布艺装饰等日用纺织品中，当它们与人体接触时，通过发光进行可视化的传感、交互甚至高亮照明。同时，它们还能对人体不同姿态动作产生独特的无线信号，进而对智能家电、智能医疗等电子产品进行无线遥控。这些新颖的功能，有望拓展电子产品的应用场景。

【人物名片】

>>>朱美芳

中国科学院院士、纤维材料专家、东华大学教授。长期从事有机无机杂化材料、纳米复合水凝胶材料、纤维成形加工与理论的相关研究。曾荣获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖、国家教学成果二等奖、首届全国创新争先奖状、上海市自然科学一等奖等奖项，是国家“万人计划”科技创新领军人才、首批“黄大年式教师团队”负责人、上海市教育功臣。

海报设计 谢辉