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具有形状记忆的智能纺织品,将带来什么颠覆?

2020年09月07日11:13 【作者:澎湃新闻】     
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  我们知道,哪怕经过高温精心拉直的头发一接触水依然会卷曲起来,这是因为头发的形状记忆,即头发的材料特性使它能够在某些刺激下改变形状,并在其他刺激下回复到原来的形状。
受此启发,研究人员把研究对象转向了其他材料,比如,纺织品。一个关于纺织品形状记忆的具有前景的设想是:一件t恤衫,在潮湿的环境下会打开,在干燥的时候会关闭,可以伸缩到与人的尺寸相当,这也意味着,这将是一件适合所有人的衣服。


  现在,哈佛大学的研究人员已经开发出一种生物相容性材料,这种材料可以3D打印成任何形状,并通过可逆形状记忆进行预编程。
  这种材料由角蛋白制成的,角蛋白是一种存在于头发、指甲和贝壳中的纤维蛋白。从分子结构来看,角蛋白的单链排列成一个弹簧状的结构,称为α螺旋,而正是α螺旋结构和连接的化学键赋予了这种材料强度和形状记忆能力。
  此外,角蛋白其中的两条链条缠绕在一起形成了一种称为螺旋线圈的结构。许多这些卷曲的线圈被组装成原丝,最终形成大纤维,当一个特定的纤维片被拉伸或重新排列时,纤维被拉伸成一个稳定的结构。纤维保持在这个位置,直到它被触发卷回原来的形状。
  为了证明这一过程,研究人员3D打印出各种形状的角蛋白片。他们用过氧化氢和磷酸一钠溶液来编程这种材料的永久形状——当触发时它总是会恢复到原来的形状。此外,一旦设置好角蛋白的形状记忆,就可以重新编程,并将其塑造成新的形状。
  例如,一个角蛋白片被折叠成一个复杂的折纸星作为它的永久形状。一旦记忆建立起来,研究人员将恒星浸入水中,在水中展开将变得可塑。
  研究人员设想了这种新型变形材料的一些有趣用途。他们认为,该材料可以用来制作可定制形状和罩杯尺寸的胸罩、均码的t恤衫,或者带有通风口的衣服,这些衣服可以根据湿气而打开。通过这种方式,研究人员希望这能帮助解决时尚行业的浪费问题。
  这项研究已发表在《自然材料》杂志上。

标签:纺织品
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