在上海有所高校,从这里出来的“神奇材料”个个都是“硬科技”!

材料铺子 2023-09-27
2022 字丨阅读本文需 6 分钟

坐落上海,东华大学立足纺织、材料、设计等优势学科,紧密对接国家战略需求,服务于国家纺织行业的科技攻关和自立自强,取得大批高水平成果,不仅开发出众多新型面料,还在智能穿戴领域研制出多款织物。

近日东华大学携18项科技成果亮相第二十三届中国国际工业博览会,项目涵盖航空航天、环保民生、数字智能等多个领域,“硬核展品”十分吸睛。

将编织技术应用于卫星天线

前不久,我国成功发射世界首颗高轨合成孔径雷达卫星(SAR)——陆地探测四号01星。助力这颗高轨卫星在浩瀚的宇宙中既能看得广、看得细,还能看得快、看得清的,正是来自东华大学纺织学院陈南梁团队创新开发的“极细金属单丝网状织物‘微张力’编织技术”,为“中国星”大型可展开天线“编”出新型超轻反射面材料。

“它只有头发丝的三分之一粗细,展开面积却可达一个篮球场的大小,成为目前我国口径最大、结构最复杂、展开环节最多、研制周期最长的天线。”陈南梁团队的教授蒋金华介绍,为了让卫星天线兼具“轻”“大”“强”这三种看似不可兼容的特性,团队历时4年多直接采用极细金属钼单丝进行编织,摒弃传统网状经编织物编织思维定式,研发出“微张力”经编网状织物编织新技术,既降低材料重量又增加反射面面积。

据悉,这颗突破多项关键技术的高轨卫星,单次成像覆盖我国近1/6国土面积,服务于防灾减灾与地震监测、国土资源勘察以及海洋、水利、气象、农业、环保、林业等行业的应用需求,成为我国目前行业用户最多的遥感卫星。

全复材机体结构工业级六旋翼无人机

除了上天的卫星天线金属网,东华大学展位上的一台“六爪”“小黑”无人机同样吸引了观众眼球。这是将“碳纤维复合材料一体成型制造工艺”应用到无人机机身壳体制造上,开发出的全复材机体结构工业级六旋翼无人机。此外,针对飞机在役运行损伤检测需求,东华大学计算机学院方志军团队研发出基于无人系统多传感器融合自主定位导航技术……东华大学变“织造”为“智造”,让传统意义上的“穿衣织布”实现“华丽转身”,呈现出一幅幅“可上九天揽月”的新图景。

高科技走进日常生活

近年来,户外运动持续走热,不断催生面料的革新,集弹性与舒适的PBT聚酯纤维面料正是被迪卡侬等各大运动休闲品牌广泛采用的一种。如今,这种PBT纤维已从实验室进入寻常百姓家:世界首条高品质熔体直纺PBT聚酯纤维生产线正在生产车间里“快马加鞭”地不间断生产,这背后是东华大学材料科学与工程学院王华平科研团队的“高品质熔体直纺PBT聚酯纤维成套技术”科研成果转化而成的。

相比PET纤维,PBT纤维具有更好的舒适性,不仅手感柔软,而且弹性较好,是目前国际市场流行的高端纺织面料,广泛适用于制作游泳衣、连袜裤、训练服、体操服等高弹性纺织品。王华平科研团队的熔体直纺工艺,相对切片纺工艺综合能耗下降了45%,POY纤维条干不匀率由1.2%下降到0.7%,并通过在线添加技术,开发了无染、消光、抗紫外等PBT改性纤维系列产品,既满足消费需求又绿色低碳,成为市场上弹性纤维的有力竞争者。

东华大学环境学院蔡冬清团队长期关心“农民怎么种地”,用各种各样“神奇”的方法,让农民种地变得轻松、让土地变得丰产。

除了此次中国国际工业博览会展出的成果外,东华大学还有很多令人称奇的研究成果。

三层微纳米纤维非织造布空气过滤材料

——可应用于个人防护口罩

目前,开发一种非驻极功能性空气过滤材料应用于个人防护口罩是学术界与工业界所期望的。东华大学曾泳春团队制备了一种具有多级形貌和多级孔径的三层微纳米纤维非织造布空气过滤材料,并通过在电纺纤维中掺杂Ag纳米颗粒成功赋予了该过滤材料优异的抗菌性能,实现了>99.99%的大肠杆菌抗菌率,将有希望应用于个人防护口罩。

无机半导体基热电织物领域

——实现柔性热电织物对人体的固体制冷效果

将纺织结构与热电技术有机结合,开发柔性热电纱线及织物是重要的研究方向之一。东华大学纺织学院张坤研究员S.M.A.R.T.团队等提出了一种兼具高的热电性能和力学结构稳定性的无机热电块体基串珠状热电纱线的制备方法,此热电纱线具有较好的可编织性,可以进行批量化制备。首次实现了柔性热电织物对人体的固体制冷效果(环境温度为26.3oC时,制冷温度为3.1 K)。

降温新材料

——让穿着者在夏天保持凉爽

东华大学的丁彬教授、斯阳研究员等人设计出一种可以在不使用任何电力情况下降温的材料FPU-BN。FPU-BN膜是通过聚合物(聚氨酯)、疏水型聚合物(氟化聚氨酯)和一种导热填料(氮化硼纳米片)混合后通过静电纺丝机制备的制成的,可有效将热量从身体散发出去,同时又透气、防水且易于制造,仿佛夏季“行走的空调”。

超级材料蛛丝比防弹衣纤维坚韧6倍!

东华大学研发成功的新技术显示,由家蚕吐出的蛛丝蛋白纤维表现出惊人的拉伸强度─高达1299兆帕(MPa),和惊人的韧性—达319兆焦耳/立方米(MJ/m3)。

此外,这种蚕吐出的蛛丝纤维重量极轻,有极高的机械性能,在军工、医疗等领域都有应用前景。而养蚕、收集蚕茧、缫丝等已是相对成熟的商业体系。让蚕吐出蛛丝,有助于实现其大规模商业化。

由于这种蚕吐出的蜘丝韧性比美国杜邦公司研发、可用于制作防弹衣的凯夫拉纤维的韧性高6倍,它将是合成纤维的可持续替代品。先前开发的人造蛛丝工艺需要在蛛丝表面涂上一层糖蛋白和脂质,以帮助它抵御潮湿和日照,类似于蜘蛛在其蛛丝上涂的一层抗衰老的涂层。而蚕吐蜘丝时会在其丝纤维上包裹一层类似的保护层,无需再进行涂层加工。

研究人员表示,人类等生物体内只有20多种氨基酸,而一百多种工程氨基酸的引入,能为工程蛛丝纤维提供无限潜力。目前科学家正在瞄准研发2.0版本、3.0版本的改良后蛛丝纤维。

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