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）