說(shuō)到纖維，普通人想到的只是衣服及各類(lèi)編織物，“其實(shí)，纖維是當(dāng)今人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的最重要材料之一。航天器、飛機(jī)、導(dǎo)彈、高鐵等高精尖設(shè)備，無(wú)一離得開(kāi)纖維。纖維還是老百姓未來(lái)‘智能生活’的保障。”東華大學(xué)材料學(xué)院院長(zhǎng)、纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任朱美芳教授向記者講述東華人與纖維的故事。她自豪地說(shuō)，“全世界近70%的纖維由中國(guó)產(chǎn)出，全國(guó)70%的纖維由長(zhǎng)三角地區(qū)產(chǎn)出。不管是碳纖維、納米纖維，還是智能纖維，只要國(guó)家發(fā)展有需要，老百姓生活有需求，就有東華纖維材料研究人的身影。”

1954年，東華大學(xué)的前身華東紡織工學(xué)院（后稱(chēng)中國(guó)紡織大學(xué)）建立了我國(guó)第一個(gè)化學(xué)纖維專(zhuān)業(yè)，助推實(shí)現(xiàn)化纖產(chǎn)業(yè)化，解決了老百姓穿衣問(wèn)題。如今，一場(chǎng)纖維世界的革命正改變著世界，東華大學(xué)又站在世界高度研發(fā)先進(jìn)纖維，使上海在纖維研究領(lǐng)域獲得了“國(guó)際知名度”。

智能纖維——

讓纖維更聰明

衣服像“變色龍”那樣根據(jù)周邊環(huán)境變化自動(dòng)變色變形，鞋墊能在行走間通過(guò)人體踩壓自主發(fā)電……在東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，朱美芳教授先讓記者領(lǐng)略了“智能纖維”的神奇。

智能纖維，通俗地說(shuō)就是能主動(dòng)感知響應(yīng)外界環(huán)境并作出相關(guān)反應(yīng)的纖維。對(duì)于服裝、配飾、家居品等這些生活必需品，要是搖身一變，換上智能纖維，可以自己發(fā)電、發(fā)光、發(fā)熱、變色、變形，甚至冬暖夏涼皆有可能。在未來(lái)上海打造智慧城市的過(guò)程中，需要千千萬(wàn)萬(wàn)根智慧纖維作為科技支撐。

王宏志教授課題組團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了纖維在通電環(huán)境下的自主變色。只要導(dǎo)入2-3v的低電壓刺激，纖維就能在毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)紅、黃、藍(lán)三色變化，并能保持顏色達(dá)半小時(shí)。即使在扭曲、打結(jié)和編織的情況下仍能變色。

4月10日，AppleWatch（蘋(píng)果手表）發(fā)布滿(mǎn)月。但類(lèi)似可穿戴電子設(shè)備還是面臨許多瓶頸問(wèn)題，如充電等。“讓手表的表帶變成一個(gè)充電器”——東華大學(xué)材料學(xué)院的專(zhuān)家們正在從纖維這一“關(guān)鍵”入手。如果能提升纖維導(dǎo)電、儲(chǔ)電性能，同時(shí)有很好的可編織性，讓能源供應(yīng)器件成為衣服本身的一部分，那輕便化、能源供應(yīng)和管理就可迎刃而解。朱美芳教授領(lǐng)銜的教育部“長(zhǎng)江學(xué)者”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，正在通用纖維的高值化、智能化研究上不斷發(fā)力，目前采用濕法紡絲法可連續(xù)制備上千米的石墨烯纖維。此類(lèi)纖維不僅電導(dǎo)率達(dá)同類(lèi)產(chǎn)品最高值，且強(qiáng)度達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平，可以容易地編織成所需織物類(lèi)型，并保持理想的導(dǎo)電性及強(qiáng)度。

與此同時(shí)，東華大學(xué)還在“纖維狀柔性太陽(yáng)能電池”研發(fā)上取得重要突破。陳志鋼研究員介紹，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)已在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出3種方法，可直接組裝柔性半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池。“形象地說(shuō)，就是像織布一樣用纖維編織太陽(yáng)能電池，電源以纖維的形式變成了衣服，可以自己把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能、光能或熱能。”陳志鋼坦言，盡管纖維狀柔性太陽(yáng)能電池具有可編織性、低碳環(huán)保、續(xù)航能力強(qiáng)、質(zhì)量輕等優(yōu)越性能，極其符合智能服裝的要求，但由于成本相對(duì)較高、能量轉(zhuǎn)化效率有待提升，該類(lèi)電池要從實(shí)驗(yàn)室“飛入”尋常百姓家還有待時(shí)日，“我們會(huì)盯牢這塊‘硬骨頭’，堅(jiān)持不懈地做下去”。

高性能纖維——

讓纖維更強(qiáng)壯

在纖維世界，高性能纖維有著獨(dú)特的地位。一根看上去如頭發(fā)絲的碳纖維被稱(chēng)為“黑色黃金”，它是經(jīng)1000℃以上高溫?zé)啤⒑剂吭?0%以上的纖維材料，比重只有鋼的四分之一，拉伸強(qiáng)度是高性能鋼的四倍，導(dǎo)電性能是鋁的十分之一，導(dǎo)熱率是銀的兩倍以上，在惰性氣氛下可耐受3000℃以上的高溫。作為重要的結(jié)構(gòu)材料，在國(guó)防、航空、航天、汽車(chē)、高鐵、建筑等領(lǐng)域，對(duì)高性能纖維及復(fù)合材料均有迫切需求。朱美芳教授坦言：高性能纖維的研發(fā)能力如何，直接體現(xiàn)了國(guó)與國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。從上世紀(jì)80年代起至今，東華一代又一代的材料人面對(duì)國(guó)家對(duì)高性能纖維與復(fù)合材料的迫切需求，海、陸、空全面出擊，持續(xù)系統(tǒng)展開(kāi)科研攻關(guān)。

東華大學(xué)潘鼎教授回憶，上世紀(jì)80年代，我國(guó)頭號(hào)戰(zhàn)略武器面臨最后兩項(xiàng)久攻不克的難題，其中之一就是作為洲際導(dǎo)彈彈頭防熱層關(guān)鍵材料的航天級(jí)高純粘膠基碳纖維，它的性能、品質(zhì)直接關(guān)系到飛行成敗。因其性能要求極高、制備技術(shù)極難，當(dāng)時(shí)只有美俄兩個(gè)超級(jí)大國(guó)擁有，且對(duì)我國(guó)實(shí)行禁運(yùn)和技術(shù)封鎖。

關(guān)鍵時(shí)刻，潘鼎教授領(lǐng)銜的碳纖維項(xiàng)目組采用國(guó)外棄用而國(guó)內(nèi)僅有的棉漿基纖維素為原料，苦戰(zhàn)4年，最終成功研制出集美俄兩國(guó)同類(lèi)產(chǎn)品性能所長(zhǎng)的航天級(jí)高純粘膠基碳纖維，為國(guó)家頭號(hào)戰(zhàn)略武器飛天提供了關(guān)鍵性技術(shù)支持。此舉不僅填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，更讓我國(guó)由此成為世界上第三個(gè)掌握航天級(jí)高純粘膠基碳纖維研制技術(shù)的國(guó)家。

20年來(lái)，東華大學(xué)碳纖維團(tuán)隊(duì)對(duì)碳纖維原絲成形機(jī)理及碳化工藝進(jìn)行深入研究，突破大量技術(shù)瓶頸，在粘膠基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維等的國(guó)產(chǎn)化與穩(wěn)定生產(chǎn)上取得顯著成效，為國(guó)家安全和國(guó)內(nèi)碳纖維領(lǐng)域發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。

聚酰亞胺纖維（簡(jiǎn)稱(chēng)PI纖維）是另一種高性能纖維，它與其它有機(jī)纖維相比，有更高的熱穩(wěn)定性、更高的彈性模量、低的吸水性，可在更嚴(yán)酷的環(huán)境中應(yīng)用，如原子能工業(yè)、空間環(huán)境、救險(xiǎn)等。PI纖維也可編成繩纜、織成織物或做成無(wú)紡布，用在高溫、放射性或有機(jī)氣體及液體的過(guò)濾，如高溫廢氣、汽車(chē)尾氣過(guò)濾，隔火氈、防火阻燃服裝制作等。經(jīng)電子照射后，其強(qiáng)度保持率仍為90%，這是其他纖維無(wú)法比擬的，成為航空航天首選材料。

東華大學(xué)張清華教授一直致力于PI纖維制備的研究工作。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建立了“反應(yīng)紡絲”制備PI纖維的新方法，形成了干法紡絲成形制備PI纖維的理論基礎(chǔ)和技術(shù)集成，并幫助企業(yè)建成國(guó)際上首條干法紡PI纖維1000噸級(jí)生產(chǎn)線(xiàn)。

納米纖維——

讓纖維更友善

“新型纖維等高分子材料，不僅應(yīng)用于航空航天、化工產(chǎn)業(yè)等方面，如今，它正為人類(lèi)生命造福。”朱美芳介紹說(shuō)，東華科研人員研發(fā)的納米纖維，已在組織工程支架、人工肌腱、納米復(fù)合齒科充填樹(shù)脂等多項(xiàng)生物醫(yī)用材料領(lǐng)域取得最新研究成果。

比如，在進(jìn)行外科手術(shù)時(shí)，采用傳統(tǒng)的非降解醫(yī)用縫合線(xiàn)，傷口痊愈后縫合線(xiàn)永留體內(nèi)，人體內(nèi)部組織會(huì)對(duì)其產(chǎn)生排異。沈新元、郯志清教授領(lǐng)銜的課題組，研發(fā)出采用可降解聚酯PGLA制成的可吸收醫(yī)用縫合線(xiàn)，具有良好的生物相容性、生物降解性和力學(xué)性能，在上海市第一人民醫(yī)院等臨床試驗(yàn)顯示，植入人體后三個(gè)月被完全吸收，大大減少了患者二次手術(shù)的痛苦。目前已投放市場(chǎng)十多年。

通過(guò)把特殊可降解的高分子材料制成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為種子細(xì)胞提供附著的支架，在種子細(xì)胞逐漸生長(zhǎng)形成組織的過(guò)程中，高分子逐漸降解并被人體吸收，從而形成新的器官——隨著科技發(fā)展，這一略帶科幻色彩的場(chǎng)景正逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。東華大學(xué)青年學(xué)者張耀鵬研究員領(lǐng)導(dǎo)的一支團(tuán)隊(duì)，采用蠶繭中提取的絲素蛋白為原料，從單根纖維到維納纖維膜，成功研制出了力學(xué)性能顯著增強(qiáng)的絲素蛋白功能支架。目前，該項(xiàng)目與上海市第六人民醫(yī)院泌尿外科合作，成功修復(fù)了狗的缺損尿道，取得良好的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有望將來(lái)應(yīng)用于人體。

東華大學(xué)承擔(dān)的國(guó)家863項(xiàng)目，用纖維增強(qiáng)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料，研究出了一種牙齒修復(fù)材料，這種新型填充樹(shù)脂比傳統(tǒng)充填材料在強(qiáng)度、韌性、生物相容性上均更出色；與進(jìn)口齒科修復(fù)材料相比，成本至少降低三分之二，將讓老百姓廣泛受益。

不僅是纖維產(chǎn)品，東華大學(xué)科研人員對(duì)纖維的前瞻及理論研究亦走向世界前列。據(jù)全球最大的醫(yī)學(xué)科技出版商愛(ài)思唯爾集團(tuán)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，以ChemicalFiber（化學(xué)纖維）為關(guān)鍵詞檢索，自1899年發(fā)表第一篇文章以來(lái)，年發(fā)文數(shù)量自20世紀(jì)70年代一直在飛速增長(zhǎng)，累計(jì)發(fā)文最多的國(guó)家是美國(guó)，其次是中國(guó)，發(fā)文最多機(jī)構(gòu)則為中國(guó)東華大學(xué)。而在2009-2013年，中國(guó)發(fā)文量超過(guò)美國(guó)，其中東華大學(xué)發(fā)表文章255篇，位居發(fā)文機(jī)構(gòu)第一，超過(guò)麻省理工學(xué)院、新加坡國(guó)立大學(xué)等世界名校。

今年5月，東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還將與美國(guó)纖維學(xué)會(huì)共同主辦“2015年先進(jìn)纖維和聚合物國(guó)際會(huì)議”。這一由國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)起，每?jī)赡昱e辦一次的國(guó)際會(huì)議，自2002年以來(lái)已成功舉辦了6次，成為具有重要國(guó)際影響的學(xué)術(shù)盛會(huì)。這表明了東華在世界高分子及纖維研究領(lǐng)域的影響力，更體現(xiàn)了上海的科技實(shí)力。