仿生纺织品:
是指模拟自然界生物体的形态、结构、颜色等而开发的具有某种特殊性能或功能的纺织品。近年来,这类纺织品在军事伪装、医学、安全防护等领域的应用不断拓展。比如在医学领域,仿棉中空纤维被制成了具有物质交换功能的微血管;根据天然复合材料如贝壳、软骨组织等的高韧性,人们开发出了具有中空结构的自修复智能复合材料并用于仿生骨开发;在军事伪装领域,研究人员根据变色龙的变色原理研发出了光敏变色纤维。随着科技的发展,仿生纺织品的研究思路变得更加开阔,研究方法更加丰富,跨学科、跨领域研究层出不穷,仿生纺织品的发展呈现出功能复合化、智能化趋势。以下将主要介绍功能仿生纺织品与色彩仿生纺织品(结构生色)的研究进展。

仿生树状分叉结构
仿生树状多级分叉网络具有类似于植物蒸腾效应的多级分叉结构。例如,东华大学俞建勇课题组通过静电纺丝技术实现树状分叉网络结构并制备出仿生多孔Murray单向导湿纤维膜,该膜具有自发可逆重力定向导水、快速吸放湿以及良好的速干性能。

仿生叶脉分支结构
叶脉结构是一种典型的仿生分支结构,是大自然依据物质传输效率和营养供给原则而进化出的多层级网络形态。现有研究证实了分支结构在纤维工程结构学中的独特优势:分支结构的非对称性可增强多孔介质内物质传输速率,利用孔径可控的非织造超细纤维网来模拟树形结构的多层级网络形态,可提高材料导湿性。
仿生动物皮毛结构
动物绒毛由于特殊结构能够储存大量空气,且覆盖在外表面的长毛具有防风能力,因此很多动物的皮毛具有优异的御寒特性。上海鑫高科技研究所的科技人员仿生动物皮毛结构设计出一种KEG保温面料,除保暖外还具有防风和导湿功能;受北极熊皮毛功能的启发,THOMAS等开发了一种透明纤维间隔织物组成的隔热材料并用于柔性太阳能集热器,该纤维表面涂有透明硅橡胶,对于可见光,其半透明系统吸收良好,且低辐射涂层可以防止长波辐射产生的热损失。


仿生柔性生物结构
鱼鳞、穿山甲鳞片等生物材料胶原层由螺旋排列的胶原纤维片层组成,提高了材料的柔韧性。近
5
年,柔性生物材料的结构及其力学性能研究取得了重要进展,为仿生柔性结构的工程应用奠定了基础。麻省理工学院(MIT)学者通过观察化石鱼的鳞片排布结构,采用多种材料的3D打印技术设计出仿生鳞片,该仿生鳞片具有很好的柔性,并且可以根据人体的实际尺寸进行设计,为研发复合型柔性防弹衣提供设计基础。

仿生超疏水表面
在纺织领域,超疏水材料作为一种研究较为成熟的仿生材料,因具有自清洁功能而被广泛运用于建筑玻璃、汽车、潜艇及家用防沾污纺织品等领域。根据研究,荷叶表面分布着直径为
5 ~ 9 μm的乳突,乳突上覆盖着直径为50 ~ 70
nm的蜡质晶体,在微米-纳米粗糙结构和低表面能的共同作用下,滴在荷叶表面的水珠极易滚落,同时会带走表面的污染物或尘埃,可实现自清洁效果。自然界中,昆虫翅翼也是一种疏水材料,蝉翼表面的纳米形态与化学成分使其具有表面浸润性,蝉翼表面密布纳米柱状结构,纳米柱越密集则疏水性能越强。除此之外,蝉翼表面纳米柱还具有抗腐蚀、陷光性等作用。

仿生蜘蛛丝纤维
蜘蛛丝具有优异的功能特性,能够应用于外科手术缝线、防弹衣及降落伞等领域。2014年,巴西科研人员在实验室中将大肠杆菌稀释于液体介质中,合成出具有DNA序列的蜘蛛丝蛋白,随后利用特定的注射器制备出了人造蜘蛛丝纤维。


