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拍打衣服，它就會(huì)“發(fā)電”，可以當(dāng)充電寶使用，給手表或手機(jī)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(hào)……

這件有“魔力”的衣服正是安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)教授龔維團(tuán)隊(duì)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(huì)“發(fā)電”，其中的科學(xué)原理是什么？何時(shí)能真正應(yīng)用到生活中？近日，記者采訪了龔維。

研究人員對(duì)摩擦電玄武巖紡織品進(jìn)行高溫火焰煅燒實(shí)驗(yàn)。受訪者供圖

點(diǎn)“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(duì)環(huán)境污染很小?！饼従S介紹。

事實(shí)上，我國(guó)已把玄武巖纖維列為重點(diǎn)發(fā)展的四大纖維材料之一，實(shí)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(fù)合材料的增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度的復(fù)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(jìn)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(shí)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。”龔維強(qiáng)調(diào)，地球上的玄武巖也可達(dá)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?cè)谛鋷r纖維中，添加了一種聚酰亞胺纖維。當(dāng)兩種不同的纖維發(fā)生摩擦接觸時(shí)，就可以將人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能?！饼従S解釋道。

除了會(huì)“發(fā)電”，他們還開發(fā)了一種可穿戴極端溫度報(bào)警系統(tǒng)?；馂?zāi)現(xiàn)場(chǎng)，穿戴者可通過拍打衣服，實(shí)時(shí)向救援人員傳遞警示信號(hào)，表明他們的存在和位置。

龔維介紹，經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)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。

研究人員對(duì)摩擦電玄武巖紡織品進(jìn)行低溫液氮冷凍實(shí)驗(yàn)。受訪者供圖

苛刻的溫度要求

把堅(jiān)硬的石頭變成衣服，還是會(huì)“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(gè)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(shí)，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(gè)過程，都對(duì)溫度的要求非常苛刻。”龔維說，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(qiáng)度。

除了溫度，拉絲的速度也會(huì)影響玄武巖纖維的質(zhì)量。

“剛出的絲就像嬰兒，出生時(shí)很脆弱，需要小心呵護(hù)。如果用力過大，一下就會(huì)把絲拉斷；等嬰兒長(zhǎng)大，就需要加快速度，給它一個(gè)牽伸的力，促使它成長(zhǎng)?！饼従S說。

為了提高玄武巖纖維品質(zhì)，他們對(duì)熔融、拉絲溫度和技術(shù)進(jìn)行了大量攻關(guān)研究，經(jīng)歷過無數(shù)次的失敗和嘗試。

摩擦電玄武巖紡織品的設(shè)計(jì)思路圖。受訪者供圖

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?cè)O(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(rùn)劑，增強(qiáng)纖維的柔軟度、強(qiáng)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。”

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)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(biāo)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(shí)進(jìn)行更多的電子化設(shè)計(jì)。

“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(jī)的應(yīng)急充電?？纱┐鳂O端溫度報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)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(hào)穩(wěn)定性與人體舒適性?！饼従S期望著，未來，在衣服上能實(shí)現(xiàn)更多功能。