好衣料
纳米科技:安装了纳米碳管的棉花可用来制作能发光或能监测身体失血状况的衣服。
许多科幻小说都描绘了这样一种场景:将领们坐在显示器前观察着前方部队的情况,而战士们身穿的特制的衣服与电脑显示器连在了一起。任何伤亡情况都会马上传到指挥部,所以将领们就可以知道,比方说,约翰逊中士脚踝骨折了,或者卡利下士流了1.2升的血。这种情景或许离现实已不再遥远。研究人员已经可以制作出能够发现身体流血并报告个人所处位置的棉花了。
智能衣服拥有许多吸引人的特点。对士兵和医生来说,能够适应各种环境的衣服在面对细菌、化学物和放射性物质时,可以提供多样化的保护。商家认为,可发热衣服、抗皱衣服或可遮盖体味衣服有很大的市场潜力。目前已经可以生产出制作上述一些衣服所需的材料了,但这些材料或体积过大而笨重,或太过复杂,还无法运用到实际生活中。所以,人们现在的目标是,研制出可方便缝制又经久耐用的轻质材料,同时,为了传输信息,还得能够导电。
密歇根大学化学工程师尼古拉斯·科托夫(Nicholas Kotov)率领的一个研究小组想出了一个办法,即把纳米碳管安装到棉线上。这种纳米管的碳分子呈圆柱状,而原子又按照独特的蜂巢模式排列。由于自身独特的机械力和导电性能,它们被认为是目前用途最广的纳米材料之一。
纳米管材料通常被做成固体结构或薄片状,但用于一些灵活性目的纳米管,比如导弹薄膜、电子墨水等,则可以由稀释了的纳米管水溶液制成。有些电子设备,比如场发射显示器,是用纳米管棉线制成的。但要编织这些只有百分之一毫米粗的棉线技艺复杂,花费又高。用带电材料制作衣服在目前看来还不太现实。
不过,科托夫博士和他的同事在《纳米快报》(Nano Letters)期刊上发文称,他们找到了一个简单程序,可将带有纳米碳管的普通棉线编织起来。这种棉线比纳米管棉线粗得多,因此更容易编织。研究人员用Nafion(一种工业用共聚物)和乙醇的混合溶液来稀释纳米碳管,然后他们将直径为1.5毫米的棉线不断浸入溶液中,而且每次都要先等棉线变干了再浸入。这样做可以使纳米管覆盖到每一根棉线上,并牢牢粘在棉线纤维的表面。这个过程还可以使纳米管沿着棉线纤维的中轴线排列起来,从而增强导电性能。经过多次浸入后,科托夫博士发现,棉线已经具备了足够的导电性,可以用来连接发光二极管。
在进一步测试中,研究人员将一种能与人体血清蛋白(人体血液的必需成分)发生反应的材料分子加入浸入棉线的溶液中。然后他们将更多棉线浸入其中。这一次,他们在不同的血清蛋白浓度下测试棉线的导电性。结果发现,棉线的导电性随着血清蛋白水平的变化而有所差异。研究人员认为,如果能将这种材料适当加入军装中——正如科幻作家预测的那样,那么或许可以随时监测战士的失血情况。
本文于2009年3月首次在《经济学家》上发表。