拍打衣服，它就會“發(fā)電”，可以當充電寶使用，給手表或手機充電。更厲害的是，在火災(zāi)中，衣服“毫發(fā)無傷”，穿戴者通過拍打衣服，甚至可以向救援人員發(fā)送求救信號……
這件有“魔力”的衣服正是安徽農(nóng)業(yè)大學教授龔維團隊及其合作者的最新作品——摩擦電玄武巖紡織品。
石頭可以制衣服、衣服還會“發(fā)電”，其中的科學原理是什么？何時能真正應(yīng)用到生活中？近日，記者采訪了龔維。
點“石”成衣
“玄武巖是一種常見的普通鋪路石料，在地球和月球上的含量都很豐富。經(jīng)過特殊手段處理后，玄武巖能改變形態(tài)，變成一種泛著金屬光澤的高性能纖維材料——玄武巖纖維。更可貴的是，制造玄武巖纖維的過程中基本沒有有害物質(zhì)排出，對環(huán)境污染很小。”龔維介紹。
事實上，我國已把玄武巖纖維列為重點發(fā)展的四大纖維材料之一，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
“但目前，玄武巖纖維的應(yīng)用主要還是體現(xiàn)在復合材料的增強上?！饼従S說，例如，在建筑和土木工程上，用于混凝土中，提高材料的結(jié)構(gòu)強度和耐久性；在航空航天和汽車工業(yè)中，用于制造輕量化和高強度的復合材料部件；廣泛用于防火板和隔熱材料上……
此次工作中，龔維等人大膽創(chuàng)新，采用模擬月壤為原材料，生產(chǎn)出可定制化的玄武巖纖維，進而制備出一種摩擦電玄武巖紡織品。
“采用模擬月壤是為了后續(xù)使用真實月壤做鋪墊。我們希望，未來能夠在月球上直接就地取材，制備出月球基地所需的建筑材料?！饼従S強調(diào)，地球上的玄武巖也可達到類似效果。
摩擦起電是人們?nèi)粘Ｉ钪械某Ｒ姮F(xiàn)象，摩擦電玄武巖紡織品正是利用了這一效應(yīng)?！拔覀冊谛鋷r纖維中，添加了一種聚酰亞胺纖維。當兩種不同的纖維發(fā)生摩擦接觸時，就可以將人體運動產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能。”龔維解釋道。
除了會“發(fā)電”，他們還開發(fā)了一種可穿戴極端溫度報警系統(tǒng)?；馂?zāi)現(xiàn)場，穿戴者可通過拍打衣服，實時向救援人員傳遞警示信號，表明他們的存在和位置。
龔維介紹，經(jīng)過一系列實驗證明，這種新型紡織品可以在極端高溫（520攝氏度）或極端低溫（零下196攝氏度）環(huán)境中發(fā)電，未來有望應(yīng)用在高低緯度、高海拔、沙漠、太空等極端環(huán)境中。
苛刻的溫度要求
把堅硬的石頭變成衣服，還是會“發(fā)電”的衣服，并非易事。
從玄武巖到纖維需要經(jīng)過熔融和拉絲兩個過程：先把大塊的玄武巖放置在高溫1500攝氏度下熔融2至4小時，碎成均勻的小顆粒，再把小顆粒置于紡絲設(shè)備中，在1350攝氏度下拉制成玄武巖單絲。
“這兩個過程，都對溫度的要求非?？量??！饼従S說，在熔融階段，溫度太低，玄武巖可能沒有完全熔化，還有小顆粒摻雜在里面，很容易出現(xiàn)氣泡、結(jié)石，形成新的顆粒；在拉絲階段，熔融溫度太高，玄武巖熔體的黏度下降，降低拉絲效率及纖維強度。
除了溫度，拉絲的速度也會影響玄武巖纖維的質(zhì)量。
“剛出的絲就像嬰兒，出生時很脆弱，需要小心呵護。如果用力過大，一下就會把絲拉斷；等嬰兒長大，就需要加快速度，給它一個牽伸的力，促使它成長?！饼従S說。
為了提高玄武巖纖維品質(zhì)，他們對熔融、拉絲溫度和技術(shù)進行了大量攻關(guān)研究，經(jīng)歷過無數(shù)次的失敗和嘗試。
從可戴到可穿
讓摩擦電玄武巖紡織品真正可穿，是龔維他們下一步要解決的問題。
龔維介紹，“我們設(shè)想在玄武巖纖維成型之后，通過涂油器在纖維表面涂覆一層浸潤劑，增強纖維的柔軟度、強度，即俗稱的給纖維‘上油’，或是在玄武巖單絲外面包裹一層柔軟度好的舒適性纖維?！?/p>
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，當今的紡織已不再局限于滿足日常的衣食住行需求。龔維的終極目標是，從服裝的角度出發(fā)，把一切可戴的電子產(chǎn)品全部做成可穿的。
因此，在解決摩擦電玄武巖紡織品可穿的問題后，他們將在衣服上“做文章”，提升發(fā)電效率，同時進行更多的電子化設(shè)計。
“例如，目前衣服的發(fā)電效率還是比較低，只能用于手表或手機的應(yīng)急充電?？纱┐鳂O端溫度報警系統(tǒng)的信號傳遞也都是有線的，未來希望做到無線，以提升紡織品器件的信號穩(wěn)定性與人體舒適性?！饼従S期望著，未來，在衣服上能實現(xiàn)更多功能。
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