拍打衣服，它就會“發電”，可以當充電寶給智能手表或手機充電。更厲害的是，即使遇到火災，衣服也“毫發無傷”，甚至穿戴者可以通過拍打衣服向救援人員發送求救信號。
這件有“魔力”的衣服正是安徽農業大學教授龔維團隊及合作者的最新作品——摩擦電玄武巖紡織品。相關研究成果近日發表于《先進材料》。
石頭可以制衣服，衣服還會“發電”，其中的科學原理是什么？什么時候能真正應用到生活中？
點“石”成衣
“玄武巖是一種常見的、普通的鋪路石料，在地球和月球上的含量都很豐富。經過特殊手段處理后，玄武巖能改變形態，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排放，對環境污染很小。”龔維介紹。
事實上，我國已把玄武巖纖維列為重點發展的四大纖維材料之一，實現工業化生產。
摩擦起電是人們日常生活中的常見現象，摩擦電玄武巖紡織品正是利用這一效應。“我們在玄武巖纖維中添加一種聚酰亞胺纖維。當兩種不同的纖維接觸發生摩擦時，可以將人體運動產生的能量轉化為電能。”龔維解釋。
除會“發電”外，他們還開發一種可穿戴極端溫度報警系統。在火災現場，穿戴者可通過拍打衣服，實時向救援人員傳遞警示信號，表明他們的存在和位置。
經過一系列實驗證明，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)環境中發電，未來有望應用于高低緯度、高海拔、沙漠甚至太空等極端環境。
苛刻的溫度要求
把堅硬的石頭變成衣服，還是會“發電”的衣服，并非易事。
從玄武巖到纖維需要經過熔融和拉絲兩個過程：先把大塊玄武巖放置在1500攝氏度下熔融2至4小時，碎成均勻的小顆粒，再把小顆粒置于紡絲設備中，在1350攝氏度下拉制成玄武巖單絲。
“這兩個過程對溫度的要求非常苛刻。”龔維說，在熔融階段，溫度不夠高，玄武巖可能沒有完全熔化，還有小顆粒摻雜在里面，很容易出現氣泡、結石，形成新的顆粒；在拉絲階段，熔融溫度太高，玄武巖熔體的黏度會下降，降低拉絲效率及纖維強度。
除溫度外，拉絲的速度也會影響玄武巖纖維質量。“剛出的絲就像嬰兒出生時那么脆弱，需要小心呵護，如果用力過大就會把絲拉斷；等‘嬰兒’長大，則需要加快速度，給它一個牽伸的力，促使它成長。”龔維說。
為提高玄武巖纖維品質，研究人員對熔融、拉絲溫度和技術進行大量攻關研究，其間經歷過無數次的失敗和嘗試。
實現真正可穿
讓摩擦電玄武巖紡織品真正可穿，是研究團隊下一步要解決的問題。
龔維介紹：“我們設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劑，增強纖維的柔軟度、強度，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。”
隨著科學技術的不斷發展，當今的紡織品已不再局限于滿足日常生活需求。龔維的終極目標是，從服裝角度出發，把一切可戴的電子產品全部做成可穿的。
因此在解決摩擦電玄武巖紡織品可穿的問題后，他們將提高衣服的發電效率，同時進行更多的電子化設計。
“如目前衣服的發電效率比較低，只能用于手表或手機的應急充電。又如可穿戴極端溫度報警系統的信號傳遞是有線的，未來希望做到無線，以提升紡織品器件的信號穩定性與人體舒適性。”龔維期望在衣服上“做文章”，實現更多功能。
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