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你所不知道的大纤维国际
兼具资料技能革命与制作技能革命两层含义

2019-08-22 09:11:00     作者:

  本报实习记者 赵萍

  “在大纤维的国际里,咱们的电视机能够卷起来带走!”

  这是河北清华开展研讨院研讨员魏东在近来举行的“大纤维和编材制作”首场研讨会中描绘的画面。制作这种电视机的纤维资料具有接纳及转化信号、自发电、显现等多项功用,且这些都是纤维的内生功用,即本身便具有这些功用。再经过先进的制作技能,根据多功用纤维开发新式智能器材和体系,并完成形状的随意改动。

  这不是科幻小说,现阶段,咱们的科学家正在致力于这类研讨,企图赋予纤维感知和信息处理功用。引证我国工程院原院长周济的HCPS(人—信息—物理体系)理论,在大纤维的国际里,具有“生命”和智能的纤维将作为一种载体,把物理国际、人体国际和虚拟国际衔接起来。

  香港理工大学陶肖明团队正从事根据纤维结构的各种智能体系研制作业,如可穿戴的能量收集与动力存储设备,即经过纳米发电器将环境、人体运动发作的能量转化为电能,贮存并运用于可穿戴微电子体系。这意味着人体走路、蹲起等全部肢体动作发作的动能均能够转化成其他设备所需的电能,将对人体发作的动能完成最大化运用。举个最简略的比方,今后出门无需再带充电宝,要给手机充电不只能够运用太阳能,走走路也能完成。

  东华大学纤维资料改性国家重点实验室副主任张耀鹏在会上表明,该实验室正在不断调整、完善大纤维的传感功用。此前一则“15岁亚裔少年为发呆爷爷创造防走丢袜子”的新闻报道感动了无数人,这种袜子首要依托一小片圆形传感器来作业,原理是当他的爷爷站起来时,传感器遭到重力后会给手机发送提示信号。那么,这种创意在大纤维年代将怎么出现?经过研制新式纤维,无需特别添加传感器,彻底能够经过其本身功用完成对人体行为的监测,一起能够盯梢身体的生理健康状况,防备外生和内生的潜在风险。能够说,这种产品对医疗健康有着重要的含义。

  引发资料技能革命

  大纤维是一个很新的概念,开端是由大纤维工业作业组的专家于2016年提出来的,是根据资料、信息、机电、生物、动力等学科范畴的技能打破与穿插交融,以“智能,超能,绿色”为特征,具有多功用、多结构、多组分特性,对很多工业集群起到高渗透性、颠覆性、革命性提高作用的新一代纤维。经过屡次研讨、重复证明,专家将大纤维的物理层次分为7层,从下到上为原子—分子(链)—纤维—织物—器材—体系—超体系(体系之体系)。他们以为,大纤维虽发端于纺织,但掩盖规划已大大打破了纺织职业,向下可延伸至基因修改,向上可延伸至智能可穿戴设备等范畴。而且,大纤维兼具资料技能革命与制作技能革命的两层含义。

  何为资料技能革命?大纤维打破传统纤维限制,能够感知、核算、储能、通讯、履行。上海纺织科学研讨院原副院长沈安京以为,大纤维不是具象的一根纤维,也不似一般纤维那样有着偏粗旷的制作办法。大纤维着重本身功用的精准可控、数字化且可编程,不只可对纤维资料结构进行微观的调整,如进行某种元素含量、原子或分子的排列组合等,使其具有特定的功用性并带有信息编码,而且能够进一步将此类纤维加工成各类织物、柔性元件和智能体系。

  大纤维工业作业组组长王健在《大纤维与编材制作:一场根据纤维的新工业革命》(详见《我国冶金报》8月7日03版)一文中指出,大纤维包含碳纳米管、石墨烯等为基的高功用或超高功用纤维、多功用智能纤维、高功用生物纤维等,具有跨范畴、跨学科的穿插交融特性,彻底打破了传统纤维的限制。如人工蜘蛛丝纤维,相较于碳纤维具有更好的延展性、柔韧度,也具有更高的强度,不只能够运用于纺织、医疗职业,在航空范畴也有重要作用。欧洲空中客车公司称,用铅笔粗的人工蜘蛛丝纤维织成的网能够接受住一架重达200吨的A350宽体客机,再加上蜘蛛丝的抗菌等生物特性,更有利于推动飞机在结构方面的立异。

  会上,张耀鹏对人工蜘蛛丝纤维进行了简略介绍。现阶段用仿生办法做出的人工蚕丝比天然蚕丝功用更好,国内正测验将蜘蛛的基因放入实验蚕中,再经过喂养法,使实验蚕吐出的丝具有蜘蛛丝的某些特别功用。他还特别指出,现在,天然蜘蛛丝蛋白无法大批量取得,转基因蜘蛛丝蛋白价格昂贵,而人工蜘蛛丝纤维在国内仍处于研制阶段。而且,蜘蛛难以规划化养殖是限制人工蜘蛛丝开展的重要原因。可喜的是,我国已有一家完成了蜘蛛规划化养殖的企业,批量生产人工蜘蛛丝纤维的客观条件正在不断构成。

  引发制作技能革命

  大纤维一起还具有制作技能革命的含义。大纤维工业作业组的专家将大纤维制作技能立异地称为编材制作。组长王健指出,与现有的增材制作、等材制作、减材制作内在不同,编材制作的“编”字既反映了传统含义上纤维和纱线层面上的纺制和织造,又反映了在分子乃至原子层面的修改和取舍;既反映了在织物和器材层面上的集成和结构化,又反映了在体系和超体系层面上的多维数字化编程,赋予了目标自动化和智能化的特点。

  魏东指出,编材制作包含纺织工程常见的等材制作、惯例资料加工所用的减材制作和以3D打印、机器人为代表的增材制作,并提出编材制作在未来很或许将更多地服务于大纤维,且不限制于大纤维。王健对魏东的观念表明了附和,并做了进一步解说。他以为,编材制作始于大纤维制作技能,但其所掩盖的制作目标具有逾越性。比方,从微观的原子和分子层面看,基因修改技能或生物组成技能、杂化及各类聚合物分子组成技能也归于编材制作。

  王健在《大纤维与编材制作:一场根据纤维的新工业革命》一文中详细介绍了编材制作可运用的职业,不只包含传统范畴如技能性纺织、医疗、修建等,还对许多战略性新兴工业如物联网、航空航天、智能机器人等有促进作用,详细的运用如选用编材制作技能制作智能纤维,并根据该纤维树立智能电子信息体系等。

  从这个含义上来说,编材制作技能打破了传统制作技能的束缚,可完成从原子到超体系的各个物理层面的制作活动,极大地丰厚了制作手法,有望构成具有重要含义和极高价值的新制作形式,具有制作技能革命的含义。

  可是,大纤维现在在我国仍处于开展初期,各种先进纤维的制备仍运用已有的制作工艺和设备。浙江大学高分子系教授高明表明,复合纤维的制作选用现有的质料和工艺,功率更高,且本钱可控。但着眼于未来,合适大纤维制作的各种相关设备、工艺仍需不断研制。

  人的认识往往是超前的,大纤维概念取得了包含美国国家工程院院士程正迪教授在内的一批该范畴权威专家的认可,国际上已有不少相关科研机构和企业不断加大研制投入力度。机遇正不断趋于老练,大纤维具有无限或许。

  相关链接:

  ●HCPS理论:由我国工程院原院长周济提出。他以为,跟着智能制作战略的继续推动,传统制作过程中的人与物理体系之间的联络正在由人—物理体系(HPS)二元体系向人—信息—物理体系(HCPS)三元体系改变。第二代智能制作体系发作的最实质改变是在人和物理体系之间添加了信息体系,该信息体系一起添加了认知和学习的功用。

  ●大纤维工业作业组:2014年,纺织工程、工业自动化、半导体、乐投亚洲、科技情报等范畴专家组成作业组,开端重视德国未来纺织方案。2016年4月,该作业组命名为我国科技自动化联盟纺织未来作业组,并正式建立。同年7月,该作业组更名为大纤维工业作业组。

  《我国冶金报》(2019年08月22日 03版三版)

来历:我国冶金报-我国乐投亚洲新闻网

修改:宋玉铮

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