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        簡訊

        2021-07-01 23:10:00
        中國纖檢 2021年6期
        關(guān)鍵詞:紗線無機(jī)半導(dǎo)體

        3D打印技術(shù)首次讓藻類“變身”柔韌光合材料

        據(jù)美國《每日科學(xué)》網(wǎng)站報道,一個國際研究小組首次使用3D打印機(jī)和一種新穎的生物打印技術(shù),將藻類打印成具有韌性和彈性的光合材料,這種材料有望廣泛應(yīng)用于能源、醫(yī)療和時尚領(lǐng)域。相關(guān)研究發(fā)表于《高級功能材料》雜志。

        近年來,科學(xué)家認(rèn)識到,最堅固的材料往往是那些模仿自然物質(zhì)的材料,因此,將生物細(xì)胞置于非生物基質(zhì)中制成的生物材料越來越受歡迎。在本研究中,由荷蘭代爾夫特大學(xué)研究人員主導(dǎo)的國際團(tuán)隊,用沒有生命的細(xì)菌纖維素(由細(xì)菌制造并排泄出的有機(jī)化合物,擁有許多獨(dú)特的力學(xué)性能,比如柔韌性、強(qiáng)度和保持形狀的能力)充當(dāng)打印紙,用活微藻充當(dāng)墨水,通過3D打印將活藻沉積在細(xì)菌纖維素上。

        研究人員解釋說,生物(微藻)和非生物(細(xì)菌纖維素)成分結(jié)合,產(chǎn)生了一種獨(dú)特的材料,這種材料擁有藻類的光合特性以及細(xì)菌纖維素的柔韌性,也就是說,其既堅韌又有彈性,同時還環(huán)保、可生物降解,生產(chǎn)簡單且可擴(kuò)展。此外,這種材料擁有植物特性,意味著它可以利用光合作用在數(shù)周時間里“養(yǎng)活”自己,還可以再生,這些獨(dú)特的屬性使其可用于制造人造樹葉、光合皮膚或光合生物服裝等。

        人造樹葉是模仿真實樹葉的材料,能利用陽光將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣和能量,可以在不利于植物生長的環(huán)境,包括外層空間制造可持續(xù)能源。目前的大多數(shù)人造樹葉用有毒化學(xué)方法生產(chǎn),而新方法制造的人造樹葉則由環(huán)保材料制成。這種材料還可以制造用于皮膚移植的光合皮膚,產(chǎn)生的氧氣將有助于傷口修復(fù)。

        研究人員表示,除用于可持續(xù)能源和醫(yī)療領(lǐng)域,這些材料也有望改變時尚行業(yè)。首先,由藻類制成的生物服裝是可持續(xù)生產(chǎn)、可完全生物降解的高質(zhì)量織物,將解決紡織業(yè)目前面臨的環(huán)保問題;其次,它們還能通過光合作用去除二氧化碳凈化空氣;最后,它們不需要像傳統(tǒng)服裝那樣經(jīng)常清洗,能大大減少水的使用。(來源:科技日報)

        韓國研發(fā)肌肉面料:可舉起約10kg的物品

        近日,據(jù)韓國KBS報道,韓國機(jī)器研究院成功研發(fā)出一款“肌肉面料”。這種面料只要貼在衣服上,就能幫助人們花小力氣完成很多事情。

        研究小組稱,該“肌肉面料”是用直徑僅為20 μm的形狀記憶合金做成彈簧形態(tài)的線后,與普通的紗線材料交織而成。面料的尺寸只有成人手掌那么大,重量僅為6.6 g。

        使用“肌肉面料”時,形狀記憶合金會收縮,并在此過程中產(chǎn)生力量,可舉起約10 kg的物品。把該面料貼在胳膊上后舉起啞鈴時,肌肉使用的力量減少一半。在人體模特的腿部貼上“肌肉面料”后,當(dāng)其收縮時,人體模特便能猛然站起。

        據(jù)悉,該“肌肉面料”不需要另外的發(fā)動機(jī),且重量很輕,價格低廉。預(yù)計“肌肉面料”得到普及使用后,將被用于快遞、物流、護(hù)理等強(qiáng)度較大的體力勞動或康復(fù)訓(xùn)練等領(lǐng)域。(來源:紡織導(dǎo)報)

        東華大學(xué)開發(fā)出一種用于電致變色人工肌肉的無機(jī)半導(dǎo)體紗線

        半導(dǎo)體纖維在人機(jī)交互、能量轉(zhuǎn)化等方面有巨大優(yōu)勢,因此在可穿戴領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。目前的半導(dǎo)體纖維以共軛聚合物材料為主,但其載流子遷移率和力學(xué)強(qiáng)度較低,導(dǎo)致無機(jī)半導(dǎo)體纖維難以連續(xù)化制備。受棉纖維紡紗工藝的啟發(fā),東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院先進(jìn)功能材料課題組(AFMG)的研究人員借助多相界面作用力,模仿棉纖維紡紗的梳棉、壓實和加捻工藝,開發(fā)了無機(jī)半導(dǎo)體納米晶體材料的連續(xù)化取向、組裝和加捻新方法,實現(xiàn)了無機(jī)半導(dǎo)體紗線的連續(xù)化制備。研究人員同時提出以高長徑比的納米帶為結(jié)構(gòu)單元,強(qiáng)化基元相互作用力,提升了半導(dǎo)體紗線的強(qiáng)度。此外,基于雙電層吸/脫附和離子晶格脫嵌耦合機(jī)制,構(gòu)筑了基于無機(jī)半導(dǎo)體紗線的電致變色人工肌肉。

        因為紗線由高長徑比的無機(jī)納米單元組成,在室溫下可以任意彎曲或扭曲,具有良好的柔性。由于載流子凍析效應(yīng),半導(dǎo)體紗線插入液氮后電阻提升了4個數(shù)量級,但仍然保持了良好的柔性。它的拉伸強(qiáng)度也顯著優(yōu)于已知的純半導(dǎo)體纖維材料,除此之外,無機(jī)半導(dǎo)體紗線也具有靈敏的熱敏與光敏特性。

        無機(jī)半導(dǎo)體紗線經(jīng)過三相界面組裝后,紗線內(nèi)部具有大小不同的孔洞,經(jīng)過流體加捻后形成致密的納米紗線。與棉線結(jié)構(gòu)相似,無機(jī)半導(dǎo)體紗線的微觀結(jié)構(gòu)單元也呈現(xiàn)高度有序的平行排列?;趦?yōu)異的柔性與力學(xué)強(qiáng)度,無機(jī)半導(dǎo)體紗線可加捻得到多種螺旋結(jié)構(gòu)紗線,當(dāng)結(jié)構(gòu)單元組分均為無機(jī)材料時,螺旋紗線在極低溫下仍具有優(yōu)異的可拉伸性能。

        通過與碳納米管紗線復(fù)合,螺旋紗線可實現(xiàn)在離子液體中的協(xié)同電致變色與致動。預(yù)計該無機(jī)半導(dǎo)體紗線在人工肌肉、偽裝織物等領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用前景。(來源:紡織導(dǎo)報)

        湖北“紡織智慧”助力“天問一號”登陸火星

        5月17日,記者從武漢紡織大學(xué)獲悉,該校徐衛(wèi)林教授帶領(lǐng)團(tuán)隊研制的“火星探測器耐高溫彈性密封裝置”,為探測器姿態(tài)調(diào)整提供了重要保障,助力“天問一號”成功登陸火星。該裝置由中國航天科技集團(tuán)第五研究院委托武漢紡織大學(xué)研制。2019年初,徐衛(wèi)林團(tuán)隊接到緊急任務(wù),緊急攻關(guān)14個月,圓滿完成任務(wù)。

        徐衛(wèi)林介紹,探測器在火星表面軟著陸所用的9分鐘被稱為“魔鬼9分鐘”,風(fēng)險很大、技術(shù)難度很高。當(dāng)探測器拋掉大底和背罩,露出著陸平臺和火星車時,大推力發(fā)動機(jī)開始工作,探測器觀察地面,尋找最安全的具體著陸地點(diǎn),此時,巡視器上12臺姿控發(fā)動機(jī)配合主發(fā)動機(jī)起到減速和姿態(tài)調(diào)整作用。

        “‘火星探測器耐高溫彈性密封裝置’就裝配在姿控發(fā)動機(jī)噴口尾管和導(dǎo)流錐管連接處,阻隔、密封姿控發(fā)動機(jī)噴口產(chǎn)生的1500℃高溫,保障姿控發(fā)動機(jī)噴口尾管和導(dǎo)流錐管的彈性連接。”徐衛(wèi)林說。

        這意味著該裝置既需耐超高溫,又要具備良好的彈性。而在此之前,它還要被長期壓縮——12臺姿控發(fā)動機(jī)在著陸過程中,按照智能化程序設(shè)置,根據(jù)姿態(tài)調(diào)整需要,間歇式獨(dú)立工作累計時長約2 ~3分鐘,“火星探測器耐高溫彈性密封裝置”材料要能耐受發(fā)動機(jī)此時1500℃高溫火焰沖刷。同時,該裝置在姿控發(fā)動機(jī)間歇式工作期間,需要在高溫環(huán)境下,彈開壓縮不斷循環(huán)交替時始終保持密封。

        研制期間,材料選用成為團(tuán)隊的首要技術(shù)難題。當(dāng)時,市面上不存在經(jīng)一年長期壓縮后,既耐1500℃高溫火焰短時沖刷,又能保證100%回彈性的材料。

        團(tuán)隊查閱大量文獻(xiàn),嘗試多種方案和試驗后發(fā)現(xiàn),有機(jī)材料均無法滿足此功能,只能選用無機(jī)材料,但無機(jī)材料在高溫條件下無法保證100%的回彈性。此時,團(tuán)隊創(chuàng)新性提出將隔熱與彈性功能分離的設(shè)計方案,使用特種無機(jī)纖維材料與金屬材料復(fù)合編織,保證裝置穩(wěn)定性,同時采用波形彈簧有效解決100%穩(wěn)定回彈難題,最終達(dá)到所要求的技術(shù)指標(biāo)。(來源:科技日報)

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