拍打衣服，它就会“发电”，可以当充电宝使用，给手表或手机充电。更厉害的是，在火灾中，衣服“毫发无伤”，穿戴者通过拍打衣服，甚至可以向救援人员发送求救信号……
这件有“魔力”的衣服正是安徽农业大学教授龚维团队及其合作者的最新作品——摩擦电玄武岩纺织品。
石头可以制衣服、衣服还会“发电”，其中的科学原理是什么？何时能真正应用到生活中？近日，《中国科学报》记者采访了龚维。
研究人员对摩擦电玄武岩纺织品进行高温火焰煅烧实验。受访者供图
点“石”成衣
“玄武岩是一种常见的普通铺路石料，在地球和月球上的含量都很丰富。经过特殊手段处理后，玄武岩能改变形态，变成一种泛着金属光泽的高性能纤维材料——玄武岩纤维。更可贵的是，制造玄武岩纤维的过程中基本没有有害物质排出，对环境污染很小。”龚维介绍。
事实上，我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维材料之一，实现了工业化生产。
“但目前，玄武岩纤维的应用主要还是体现在复合材料的增强上。”龚维说，例如，在建筑和土木工程上，用于混凝土中，提高材料的结构强度和耐久性；在航空航天和汽车工业中，用于制造轻量化和高强度的复合材料部件；在海洋工程中，用于制造耐腐蚀的腐蚀材料；还广泛用于防火板和隔热材料上。
此次工作中，龚维等人大胆创新，采用模拟月壤为原材料，生产出可定制化的玄武岩纤维，进而制备出一种摩擦电玄武岩纺织品。
“采用模拟月壤是为了后续使用真实月壤做铺垫。我们希望，未来能够在月球上直接就地取材，制备出月球基地所需的建筑材料。” 龚维强调，地球上的玄武岩也可达到类似效果。
摩擦起电是人们日常生活中的常见现象，摩擦电玄武岩纺织品正是利用了这一效应。“我们在玄武岩纤维中，添加了一种聚酰亚胺纤维。当两种不同的纤维发生摩擦接触时，就可以将人体运动产生的能量转化为电能。” 龚维解释道。
除了会“发电”，他们还开发了一种可穿戴极端温度报警系统。火灾现场，穿戴者可通过拍打衣服，实时向救援人员传递警示信号，表明他们的存在和位置。
龚维介绍，经过一系列实验证明，这种新型纺织品可以在极端高温（520摄氏度）或极端低温（零下196摄氏度）环境中发电，未来有望应用在高低纬度、高海拔、沙漠、甚至于太空等极端环境中。
研究人员对摩擦电玄武岩纺织品进行低温液氮冷冻实验。受访者供图
苛刻的温度要求
把坚硬的石头变成衣服，还是会“发电”的衣服，并非易事。
从玄武岩到纤维需要经过熔融和拉丝两个过程：先把大块的玄武岩放置在高温1500摄氏度下熔融2至4小时，碎成均匀的小颗粒，再把小颗粒置于纺丝设备中，在1350摄氏度下拉制成玄武岩单丝。
“这两个过程，都对温度的要求非常苛刻。” 龚维说，在熔融阶段，温度太低，玄武岩可能没有完全熔化，还有小颗粒掺杂在里面，很容易出现气泡、结石，形成新的颗粒；在拉丝阶段，熔融温度太高，玄武岩熔体的粘度下降，降低拉丝效率及纤维强度。
除了温度，拉丝的速度也会影响玄武岩纤维的质量。
“刚出的丝就像婴儿，出生时很脆弱，需要小心呵护。如果用力过大，一下就会把丝拉断；等婴儿长大，就需要加快速度，给它一个牵伸的力，促使它成长。”龚维说。
为了提高玄武岩纤维品质，他们对熔融、拉丝温度和技术进行了大量攻关研究，经历过无数次的失败和尝试。
摩擦电玄武岩纺织品的设计思路图。受访者供图
从可戴到可穿
让摩擦电玄武岩纺织品真正可穿，是龚维他们下一步要解决的问题。
龚维介绍，“我们设想在玄武岩纤维成型之后，通过涂油器在纤维表面涂覆一层浸润剂，增强纤维的柔软度、强度，即俗称的给纤维‘上油’。或是在玄武岩单丝外面包裹一层柔软度好的舒适性纤维。”
随着科学技术的不断发展，当今的纺织已不再局限于满足日常的衣食住行需求。龚维的终极目标是，从服装的角度出发，把一切可戴的电子产品全部做成可穿的。
因此，在解决摩擦电玄武岩纺织品可穿的问题后，他们将在衣服上“做文章”，提升发电效率，同时进行更多的电子化设计。
“例如，目前衣服的发电效率还是比较低，只能用于手表或手机的应急充电。可穿戴极端温度报警系统的信号传递也都是有线的，未来希望做到无线，以提升纺织品器件的信号稳定性与人体舒适性。”龚维期望着，未来，在衣服上能实现更多功能。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202401359
本文链接：会“发电”的衣服http://www.sushuapos.com/show-11-7265-0.html
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