顏辛茹，朱 穎，楊 亞

（常熟理工學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

仿生學(xué)，即模仿自然界的形態(tài)及功能，為發(fā)明新事物、總結(jié)新理論的科學(xué)。在科學(xué)研究中，運(yùn)用了大量仿生學(xué)原理，甚至一些新型材料的功能性已經(jīng)超過(guò)了被模仿者。仿生學(xué)在紡織服裝行業(yè)的應(yīng)用也特別廣泛，雖然是對(duì)形的模仿，但核心價(jià)值是理解自然界的運(yùn)作模式及背后邏輯，這些直接或間接地推動(dòng)了紡織服裝業(yè)的發(fā)展。

1 仿生學(xué)應(yīng)用起源

仿生纖維分為微觀構(gòu)成與天然纖維相似的化纖和模仿天然纖維觸感的人造纖維。仿生紡織品是仿生纖維通過(guò)后整理、組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及織造技術(shù)等生產(chǎn)的具備特殊功能的紡織品。

對(duì)天然纖維的學(xué)習(xí)和模仿是合成纖維的發(fā)展起源。最初，科學(xué)家模仿蠶吐絲得到了人造纖維。隨之而來(lái)的是硝酸纖維和黏膠纖維相繼研發(fā)成功。20世紀(jì)30年代，紡織材料進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期—“尼龍666”正式生產(chǎn)，利用乳酪蛋白、大豆蛋白等制成了各種人造纖維。1938年前后，氯乙烯、尼龍6投入工業(yè)生產(chǎn)，標(biāo)志著第一批人造纖維問(wèn)世。1960年召開(kāi)的第一屆仿生學(xué)討論會(huì)標(biāo)志著一門(mén)新學(xué)科的誕生—仿生學(xué)[1]。之后，各種新型化纖材料相繼研發(fā)成功[2]。

2 紡織服裝領(lǐng)域的仿生技術(shù)

2.1 人造纖維中的仿生技術(shù)

荷葉表面覆蓋平均直徑為5~9 μm的乳突，而在乳突上還存在直徑50~70 nm的蠟質(zhì)層，這種復(fù)雜的微納米復(fù)合而成的階層結(jié)構(gòu)賦予了荷葉表面超疏水的性能[3]。根據(jù)“荷葉效應(yīng)”，人們對(duì)仿荷葉織物的拒水性有了更加深入的研究發(fā)現(xiàn)，滌綸高收縮絲、縐組織、組織系數(shù)越大的織物拒水性越好。

數(shù)千根多層微米尺寸的剛毛生長(zhǎng)在水黽的腿部，如圖1（a）所示，使其能排開(kāi)約身體體積300倍的水量。在這些剛毛的表面覆蓋著納米級(jí)別的螺旋狀溝槽，氣泡吸附在溝槽中形成氣墊，使水滴無(wú)法浸透，這便是水黽具備超疏水特性的原理。

北極熊有兩層毛發(fā)，上層毛發(fā)長(zhǎng)且光滑，具有疏水性的表面，下層毛發(fā)短且濃密。上下層毛發(fā)中的間隙鎖住了空氣并防止了部分水分滲入。其毛發(fā)透明的中空管狀結(jié)構(gòu)能吸收外界的紫外線，如圖1（b）所示，北極熊通過(guò)這種方式收集光能，再將光能轉(zhuǎn)化為熱能?？茖W(xué)家模仿北極熊毛的結(jié)構(gòu)，研制出了多孔仿生纖維，具有比表面積大、質(zhì)量小、導(dǎo)濕保暖性能強(qiáng)、服用性能好等特點(diǎn)，其中，保暖性能甚至優(yōu)于北極熊毛。

圖1 自然界中的仿生

絲綢具有穿著舒適性、高級(jí)的光澤感以及絲鳴感等特點(diǎn)。仿真絲就是通過(guò)物理化學(xué)方法將滌綸纖維改性，使其在外觀和服用性能上與真蠶絲相似。滌綸仿真絲在織物后整理中運(yùn)用了堿減量處理的方法，可以減小織物的質(zhì)量，使織物光澤更加柔和、手感更接近蠶絲織物，從而得到性能和外觀均酷似真絲綢的仿真效果?！皩⒒瘜W(xué)纖維的差別化率提高到65%，建設(shè)具有強(qiáng)大創(chuàng)新能力和創(chuàng)新體系的化纖強(qiáng)國(guó)”也是我國(guó)“十三五”規(guī)劃提出的要求[4]。

2.2 紡織品中的仿生技術(shù)

松球在日常生活中隨處可見(jiàn)，有松子的松節(jié)是由不同性能的兩層硬殼構(gòu)成的。一層硬殼比另一層硬殼具備較高的吸濕膨脹系數(shù)和硬度，在干燥環(huán)境下，松節(jié)硬殼可以自動(dòng)張開(kāi)；在潮濕環(huán)境下，松殼會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，這就是“松球原理”。

根據(jù)這一原理，英國(guó)科學(xué)家研制出一種同時(shí)具備散熱、保暖和除濕功能的智能仿生紡織品。這種紡織面料由具有特殊功能的兩層面料構(gòu)成：上層面料一般由吸水性強(qiáng)的材料制成，具備類(lèi)似云杉鱗片的微小凸起，可以在潮濕的環(huán)境下打開(kāi)以便水分蒸發(fā)，還可以在干燥環(huán)境下閉合，防止冷風(fēng)進(jìn)入；下層面料的孔隙很少，避免微小凸起在打開(kāi)狀態(tài)下受到外界水分的影響。

2.3 服裝服飾的仿生技術(shù)

服裝設(shè)計(jì)師從大自然中獲取靈感，通過(guò)不同的表現(xiàn)方法，模仿大自然中動(dòng)植物的色彩搭配、生物體的紋路肌理、生物體的生理功能等。

服裝與服飾設(shè)計(jì)中的仿真主要體現(xiàn)在外觀和服用功能上。直接對(duì)環(huán)境色彩或生物形態(tài)的模仿稱(chēng)為外形仿真，如被譽(yù)為“蝴蝶夫人”的服裝設(shè)計(jì)師森英惠，在設(shè)計(jì)服裝時(shí)大量運(yùn)用了蝴蝶的元素。

此外，功能仿真主要體現(xiàn)在軍事、運(yùn)動(dòng)和安全防護(hù)上，如古代的鎧甲會(huì)在手肘關(guān)節(jié)、膝蓋等位置加上犀牛皮以及用于現(xiàn)代軍事領(lǐng)域的迷彩服等。

新冠肺炎疫情暴發(fā)后，由于長(zhǎng)期無(wú)法外出，人們對(duì)“人與自然和諧共處”有了更加深刻的思考，仿真形態(tài)的服裝也成為熱點(diǎn)。這不僅是對(duì)自然之美的詮釋?zhuān)磉_(dá)了人們對(duì)生活的熱愛(ài)和對(duì)大自然的信仰。

3 仿生技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

仿生紡織品可用于日常衣著，如仿生超疏水紡織材料和納米自潔涂層。由于其優(yōu)越的自清潔性能和疏水性能，可以運(yùn)用在上裝領(lǐng)口、袖口、褲裝褲口等容易被汗?jié)n、雨水和塵土污漬污染的部位，可減少衣物洗滌次數(shù)，延長(zhǎng)衣物的更換和使用周期，提高產(chǎn)品附加值，如圖2所示。

圖2 仿生設(shè)計(jì)運(yùn)用實(shí)例

4 結(jié)語(yǔ)

不論是對(duì)自然界生物宏觀形態(tài)的仿生，還是微觀結(jié)構(gòu)的仿生，都體現(xiàn)出仿生學(xué)科對(duì)紡織服裝行業(yè)的作用之廣泛、影響之深遠(yuǎn)。目前，對(duì)絲素蛋白仿生材料、石墨烯仿生復(fù)合材料等新型材料的研究都是研究熱點(diǎn)。仿生紡織品材料將更加智能化、能動(dòng)化、復(fù)合化和環(huán)境友好化?？傊诩徔椃b業(yè)中，仿生紡織品與仿真服飾的開(kāi)發(fā)研究是21世紀(jì)纖維、紡織品與服裝領(lǐng)域的大方向。