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功能材料在纺织行业中的应用前景功能材料是指具备特定功能和性能的材料，常用于各种领域，如电子、医疗和环境保护等。
在纺织行业中，功能材料的应用也日益受到关注。
本文将探讨功能材料在纺织行业中的应用前景，旨在为行业发展提供有益的参考。
一、功能材料在纺织行业中的意义在传统纺织行业中，功能性较弱的纺织品主导市场。
然而，随着时代的发展和消费者需求的变化，功能材料的应用逐渐受到重视。
功能材料的引入可以为纺织品赋予新的特性和功能，拓展其应用领域，提高产品附加值。
其次，功能材料的应用可以帮助纺织行业实现可持续发展。
例如，纳米纤维材料可以阻隔污染物、细菌和有害气体，提高纺织品的抗菌性和防尘性能，从而为环境保护作出贡献。
此外，功能材料还可以增强纺织品的耐久性，减少消费与资源浪费，实现可循环利用。
二、功能材料在纺织行业中的应用领域功能材料在纺织行业中的应用领域广泛，下面我们将重点讨论以下几个方面。
1.智能纺织品智能纺织品通过嵌入传感器和电子元件，使纺织品具备监测、感知、控制和响应的功能。
智能纺织品可以应用于医疗保健、运动健康、智能家居等领域。
例如，智能纺织品可以监测人体健康状况，预警潜在健康问题，并实时传输数据给用户或医疗机构，从而起到保护和关爱人们健康的作用。
2.防护材料功能材料在纺织行业中的另一个重要应用领域是防护材料。
防护材料可以保护人们免受外界环境的伤害，如火焰、化学品和病菌等。
例如，阻燃纺织品可以有效防止火灾扩散，减少人员伤亡和财产损失；防护服材料可以保护医护人员免受病原体感染。
3.环境友好材料功能材料的应用还可以促进纺织行业的环境友好发展。
例如，利用天然纤维和可降解材料研发的生物基纺织品具有良好的生物降解性，可以减少不可降解纺织品对环境的污染。
此外，光催化纤维材料可以利用太阳能降解有机污染物，对环境具有净化作用。
三、功能材料在纺织行业中的未来发展趋势功能材料在纺织行业的应用前景广阔，未来有望取得更大的突破。
以下是功能材料在纺织行业中的未来发展趋势。
第３１卷㊀第６期２０２３年１１月现代纺织技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.６Ｎｏｖ.２０２３ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０２０３２仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展张㊀蕊１ꎬ郑莹莹１ꎬ董正梅１ꎬ张㊀婷２ꎬ沈利铭２ꎬ王㊀建１ꎬ３ꎬ邹专勇１(１.绍兴文理学院ꎬａ.纺织服装学院ꎻｂ.浙江省清洁染整技术研究重点实验室ꎬ浙江绍兴㊀３１２０００ꎻ２.浙江喜临门软体家具有限公司ꎬ浙江绍兴㊀３１２０００ꎻ３.江南大学纺织科学与工程学院ꎬ江苏无锡㊀２１４１２２)㊀㊀摘㊀要:为进一步推动仿生技术在纺织领域的应用ꎬ并拓宽仿生智能织品的应用领域ꎬ对近几年国内外仿生设计纺织品的研究和发展现状及应用进行综述ꎮ首先介绍了基于仿生设计的隔热纺织品ꎬ归纳了仿动物毛发中空结构㊁羽绒分支结构以及其他生物结构的隔热纺织品ꎻ简要概述了仿生蝴蝶翅膀和仿其他生物结构的结构生色纺织品ꎻ然后分析了基于仿生设计的超疏水纺织品ꎬ总结了仿荷叶㊁水黾腿以及其他生物结构的超疏水纺织品ꎻ阐述了受人体皮肤结构启发的智能纤维以及受自然界中不同动植物结构启发的仿生智能传感纺织品ꎻ最后总结了仿生智能纺织品在多个领域的潜在应用ꎬ并展望其未来发展方向ꎬ以期为仿生设计智能纺织品的广泛应用提供理论和技术参考ꎮ关键词:仿生设计ꎻ智能纺织品ꎻ隔热纺织材料ꎻ超疏水纺织品ꎻ结构生色纺织品ꎻ智能纤维中图分类号:ＴＳ１０６㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０６￣０２２６￣１５收稿日期:２０２３０２２３㊀网络出版日期:２０２３０６０７基金项目:绍兴文理学院研究生校级科研项目(Ｙ２０２２０７０６)作者简介:张蕊(２０００ )ꎬ女ꎬ山东菏泽人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事纤维基传感器件方面的研究ꎮ通信作者:王建ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｊｗａｎｇ＠ｕｓｘ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀自古以来ꎬ自然界就是人类各种技术灵感和重大发明的源泉ꎮ种类繁多的生物界经过亿万年的进化过程ꎬ使生物体具有优异的结构功能来适应环境的变化ꎬ从而得到生存和发展ꎮ人类长时间的生产实践促进了思维的发展ꎬ人类的智慧不仅仅停留在生存以及认识生物类群上ꎬ而且还运用人类所特有的思维向自然学习ꎬ并设计模仿生物结构或形态ꎬ通过创造性的劳动提高自身的能力[１￣２]ꎮ人类从生物体优异的结构功能中获得启发ꎬ通过模仿生物体的结构㊁形态㊁功能和行为来解决当今所面临的技术问题[３￣４]ꎬ是人类又一伟大的进步ꎮ对于纺织行业而言ꎬ通过对纤维材料进行仿生设计是获得性能优异纺织品的一个重要方法[５￣６]ꎮ智能仿生纺织品主要是受自然界生物体结构和性能的启发来设计的能对外部环境刺激做出反应的纺织品ꎬ使所制备的智能纺织品获得由这些特殊结构带来的优异功能[７￣８]ꎮ随着智能技术和生物科学的不断进步ꎬ仿生技术已经有了很大的发展ꎬ仿生技术在纺织业中的应用也日渐广泛[９￣１０]ꎮ本文对近年来国内外基于仿生设计原理的智能纺织品进行综合分析ꎬ介绍基于仿生设计的隔热纺织品ꎬ归纳仿动物毛发中空结构㊁羽绒分支结构以及其他生物结构的隔热纺织品ꎻ简要概述仿生蝴蝶翅膀和仿其他生物结构的结构生色纺织品ꎻ然后分析基于仿生设计的超疏水纺织品ꎬ总结仿荷叶㊁水黾腿以及其他生物结构的超疏水纺织品ꎻ阐述受人体皮肤结构启发的智能纤维以及受自然界中不同动植物结构启发的仿生智能传感纺织品ꎻ最后总结仿生智能纺织品在多个领域的潜在应用ꎬ并展望其未来发展方向ꎬ以期为仿生设计智能纺织品的广泛应用提供理论和技术参考ꎮ１㊀基于仿生设计的隔热纺织品随着科技的进步ꎬ人们发现许多动物皮毛拥有特殊的内部结构ꎬ以具备优异的隔热保温性能ꎮ通过仿生技术ꎬ研制出可比拟动物毛发特殊结构的隔热保暖纤维ꎬ对开发高性能的隔热保温纺织品具有重要的借鉴意义ꎮ１.１㊀仿生动物毛发中空结构的隔热纺织品北极熊靠着厚厚的毛皮和脂肪层来抵御寒冷ꎬ它们的毛皮看似白色ꎬ皮却是半透明的ꎬ厚厚的毛皮也不止保温[１１]ꎬ更是能够将阳光的热量传至皮肤ꎮ其毛发结构中空多孔ꎬ且壳层质密ꎬ如图１(ａ)所示ꎬ可以有效锁住空气ꎬ避免产生热对流ꎬ减少热量的流失ꎬ从而实现保温的功能[１２]ꎮ因此ꎬ北极熊的毛发结构及其性能具有重要的参考价值ꎮ许多科研人员仿北极熊毛发的微观结构制备出了人造中空纤维ꎮ如Ｗａｎｇ等[１３]采用冷冻纺丝技术制备了一种聚酰亚胺气凝胶纤维ꎮ通过冷冻纺丝技术获得具有对齐孔的聚(酰胺酸(ＰＡＡ))纤维ꎬ通过冷冻干燥工艺之后ꎬＰＡＡ纤维保留了其多孔结构ꎬ通过程序化热酰亚胺化工艺后ꎬ最后将ＰＡＡ纤维转化为聚酰亚胺纤维ꎬ采用这种纤维编织的纺织品具有优异的隔热性能ꎮ类似地ꎬＺｈａｎ等[１４]通过溶液水热方法制备出具有超弹性和隔热性能的宏观尺度碳管气凝胶(ＣＴＡ)ꎬ如图１(ｂ)所示ꎮ其中使用碲纳米线(ＴｅＮＷｓ)作为牺牲模板ꎬ所制备的ＣＴＡ具有优异的抗疲劳机械性能和极低热导率的超绝热性能ꎬ在节能建筑㊁能量储存和航空航天等应用领域中有较大的发展前景[１５]ꎮ除此之外ꎬ湿法纺丝工艺也是制备中空纤维较为常见的方法ꎮＺｈａｏ等[１６]采用湿法纺丝工艺制备了聚氨酯∕聚偏氟乙烯仿生多孔纤维ꎮ该纤维包括定向亚纤维㊁纳米多孔皮层和管状孔ꎬ具有交叉尺度多孔网络的层状纤维结构ꎮ由仿生纤维编织的纺织品与皮革的孔径分布相似ꎬ因此具有优良的热绝缘性能ꎮＷａｎｇ等[１７]采用湿法纺丝和聚合物溶液发泡相结合的方法制备了聚氨酯∕聚丙烯腈中空泡沫纤维ꎮ制备的多孔热塑性聚氨酯∕聚丙烯腈复合纤维具有优异的延展性ꎬ即使在压缩或拉伸变形下ꎬ相应的机织物仍表现出优良的热绝缘性能ꎬ为研制新型结构功能集成纤维隔热纺织材料铺平了道路ꎮ图１㊀北极熊毛发结构和受北极熊毛发启发的制备工艺Ｆｉｇ.１㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｌａｒｂｅａｒｈａｉｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｓｐｉｒｅｄｂｙｐｏｌａｒｂｅａｒｈａｉｒ㊀㊀同北极熊毛发相似ꎬ企鹅羽毛也是多孔结构ꎬ但企鹅羽毛的主轴内部为 泡沫状 的多孔结构[１８]ꎬ如图２所示ꎬ其外部表面的孔径很小ꎬ这种多孔结构提高了其保温隔热的性能[１９]ꎮ孙正等[２０]以碳纤维为基底制备了一种基于仿生企鹅羽毛排布的防热复合材料ꎬ具有较好的隔热效果ꎬ能够承受高温㊁维持７２２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展恒温㊁质量轻㊁强度高等优点ꎮＹｅ等[２１]受企鹅羽毛的启发ꎬ采用静电纺丝方法制备了聚丙烯腈∕钛酸钡纳米颗粒冷却材料和聚丙烯腈∕炭黑纳米颗粒加热材料的仿生双功能复合材料ꎬ如图３所示ꎬ实现了基于可穿戴织物的个人热管理和自驱动人机交互功能ꎬ对人机界面系统㊁可穿戴电子设备㊁生物医学㊁柔性机器人等领域产生了重大而深远的影响ꎮ图２㊀仿企鹅羽毛和北极熊毛发的高绝缘性能的纤维结构的示意Ｆｉｇ.２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｆｉｂｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｈｉｇｈｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｈａｔｍｉｍｉｃｓｐｅｎｇｕｉｎｆｅａｔｈｅｒｓａｎｄｐｏｌａｒｂｅａｒｈａｉｒ１.２㊀仿生羽绒分支结构的隔热纺织品为了使织物具有良好的隔热效果ꎬ一种方法是通过中空结构的纤维捕获大量的空气以增加热阻ꎬ另一种方法是模仿羽绒的自然特性ꎬ开发具有特殊横截面形状的异性纤维织物[１９]ꎮ其中鹅绒和鸭绒因其特殊的分叉结构和优越的保暖性能被广泛研究和应用于保暖隔热纺织品ꎮ鹅绒结构由一根粗主干纤维和大量细分支纤维组成[２２]ꎬ如图４(ａ)所示ꎮ主干纤维提供机械支撑以确保鹅绒的结构稳定性ꎬ而分支纤维则能够固着更多的静态空气ꎬ起到保暖效果ꎮ尽管羽绒具有优异的性能ꎬ但有关人造羽毛类纤维制备的报道不多ꎬ现有的人造纤维均是在纤维上骨架上生长刚性无机或超分子分支来实现的ꎮ由于使用的材料刚性较高ꎬ纤维分支的长度有了很大的限制ꎮ为此ꎬＸｕ等[２３]采用一种可规模化生产方法制备了鹅绒状对位芳纶纤维及其非织造材料ꎮ通过弱碱溶液(低浓度的氢氧化钠水溶液)处理商用对位芳纶微米纤维ꎬ在化学水解和物理剪切力的共同作用下ꎬ对位芳纶纤维表面剥离生成了大量的纳米纤维分支ꎬ如图４(ｂ)所示ꎮ鹅绒状纤维构成的非织造布具有典型的多尺度纤维形态㊁更大的比表面积和更小的孔径ꎬ也因此具有高隔热性能(导热系数为２６.１ｍＷ∕(ｍ Ｋ))ꎮ杜邦公司采用以丙二醇为原料的聚合物和独特的生产工艺开发出一种新型保暖纤维[２４]ꎬ该纤维材料的蓬松性㊁手感和保暖性接近天然羽绒纤维ꎬ且可以水洗㊁不钻绒ꎬ是天然羽绒理想的替代品ꎮ除了鹅绒之外ꎬ鸭绒同样表现出高度有序和分层的分支结构ꎬ隔热性能主要归功于其纳米尺度和分支结构中的捕获空气ꎮ图３㊀受企鹅毛发启发的双重温度调节材料Ｆｉｇ.３㊀Ｄｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｉｎｓｐｉｒｅｄｂｙｐｅｎｇｕｉｎｈａｉｒ８２２ 现代纺织技术第３１卷图４㊀鹅绒结构和仿鹅绒的制备工艺示意Ｆｉｇ.４㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｇｏｏｓｅｄｏｗｎａｎｄｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｍｉｔａｔｉｏｎｇｏｏｓｅｄｏｗｎ１.３㊀仿生其他生物结构的隔热纺织品除了上述受北极熊和企鹅毛发㊁鹅绒鸭绒启发的隔热纺织材料外ꎬ还有其他的生物结构也可以作为制备仿生隔热材料的参考ꎮＷａｎｇ等[２５]受沙漠中撒哈拉银蚁在极热条件下顽强的生存能力的启发ꎬ通过模仿其微米晶体棒形状的毛发合成了独特的六方氧化锌微棒ꎬ并用聚二甲基硅氧烷(ＰＤＭＳ)进一步涂覆在聚酯织物上ꎬ可以作为坚固的太阳能屏蔽材料ꎬ具有潜在的广泛应用ꎮ除此之外ꎬ被誉为沙漠之舟的骆驼ꎬ可以适应恶劣的沙漠高温环境ꎬ主要是由于驼峰的特殊结构所致ꎬ其结构由外表皮肤㊁脂肪层和汗腺组成[２６]ꎬ如图５(ａ)所示ꎮ当骆驼缺水时ꎬ身体会分解驼峰中的脂肪ꎬ使其转化为水分和能量ꎻ汗腺具有收缩和开放调节机制ꎬ在白天的高温环境下ꎬ最大限度减少水分通过汗腺进行蒸发ꎬ而到了夜晚气温下降时ꎬ则通过热交换的方式进行散热ꎮ图５㊀仿驼峰结构的层级织物设计示意图和工作机制Ｆｉｇ.５㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｆａｂｒｉｃｄｅｓｉｇｎｉｍｉｔａｔｉｎｇｈｕｍｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅ９２２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展武汉纺织大学徐卫林院士团队[２６]据此仿生设计了多层次结构的热防护与热管理纺织品ꎬ如图５(ｂ)所示ꎬ在两层织物之间嵌入有序的热绝缘单元ꎬ可以有效地阻挡人体皮肤的热量散失ꎮ仿驼峰结构的层级织物具有更强的隔热能力ꎬ并能让液体通过分布式排汗通道持续单向流动ꎮ该织物同时显示出低热导率(０.０１９２Ｗ∕(ｍ Ｋ))㊁高透气性和透湿性ꎮ同时在极端条件下(约８０ħ)ꎬ模拟皮肤覆盖的相对湿度和温度比传统的消防员制服低约２０.６ħ和约１３.６％ꎮ２㊀基于仿生设计的结构生色纺织品色彩被运用于纺织品的各个方面ꎮ长期以来ꎬ通过对纺织品添加天然或化学染料而实现着色的方法是最普遍的彩色纺织品制备技术ꎮ然而ꎬ天然和化学染料着色却存在水资源消耗量大㊁对环境存在污染㊁颜色经长时间氧化后易褪色等问题ꎮ随着我国对绿色纺织品和生态纺织品发展的需求越来越迫切ꎬ由此产生了新型环保的结构生色技术ꎬ纺织品结构生色技术受到了纺织行业界研究者的密切关注[２７￣２９]ꎮ２.１㊀仿生Ｍｏｒｐｈｏｔｅｘ蝴蝶翅膀的结构生色纺织品㊀㊀纺织品结构生色技术是一种无须用化学染料着色就能产生的颜色ꎬ其主要是由于物体本身结构的存在对光产生了反射㊁衍射㊁干涉等物理作用产生的颜色[３０￣３１]ꎮ日本帝人公司利用生活在亚马逊河流域的闪蝴蝶翅膀产生结构色的多层薄膜干涉原理ꎬ研发了光干涉显色纤维ＭｏｒｐｈｏｔｅｘꎮＬｉｕ等[３２]制备了仿生的类似黑色素的聚多巴胺(ＰＤＡ)纳米膜涂层ꎬ为了提高色牢度和避免开裂ꎬ采用含反应性环氧基团的聚(甲基丙烯酸缩水甘油酯￣甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯)(Ｐ(ＧＭＡ￣ｃｏ￣ＰＥＧＭＡ))共聚物合成黏合剂来提高ＰＤＡ结构彩色薄膜和丝绸织物之间的界面结合强度ꎬ促进了纺织品着色的发展ꎮＹａｎｇ等[３３]通过改变不同的聚合反应时间在白色棉织物上制备聚多巴胺(ＰＤＡ)膜ꎬ获得结构彩色棉织物ꎮ通过将含聚乙烯吡咯烷酮的内酰胺基团添加到具有邻苯二酚基团的ＰＤＡ膜中以形成强氢键ꎬ提高了ＰＤＡ装饰的结构彩色膜在棉织物上的色牢度ꎬ促进了结构着色在纺织品中的实际应用ꎮ除了通过化合物的聚合使织物生色外ꎬ热辅助自组装和重力沉降法也可以很好地使织物生色ꎬ如Ｌａｉ等[３４]采用热辅助自组装和重力沉降法制备了一种含氧化铜纳米颗粒和银纳米颗粒的聚苯乙烯胶体光子晶体彩色薄膜ꎬ由于铜和银材料比聚苯乙烯致密ꎬ因此金属纳米颗粒在基板底部的沉积物可以吸收散射光ꎬ从而产生生动的结构颜色ꎬ为纺织织物和仿生学的未来应用提供了可调的结构颜色ꎮ除了上述两类生色的制备工艺之外ꎬ有一种生成结构颜色的激光写入方法ꎬ无需精确复制生物结构ꎮＺｙｌａ等[３５]提出了一种基于３Ｄ直接激光写入技术成功制造模仿Ｍｏｒｐｈｏｔｅｘ蝶形的层状纳米结构的方法ꎬ使用双光子聚合在单个光敏材料中创建变形圣诞树结构的自适应横截面几何形状ꎬ不需要精确复制其表面结构ꎬ仅仅是模仿蝴蝶生物的空气和表皮尺寸的层状纳米结构ꎬ如图６所示ꎬ就可以生成结构颜色ꎮ结构生色纤维和纺织品的最大优点在于它不会像普通印染纤维和纺织品一样出现褪色的现象ꎬ而且３Ｄ直接激光写入技术可以产生多种不同的颜色ꎬ该技术为结构生色纺织品提供了新的思路ꎮ图６㊀Ｍｏｒｐｈｏ蝶的结构色和翅膀组成㊁仿Ｍｏｒｐｈｏ蝶的微结构Ｆｉｇ.６㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｗｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＭｏｒｐｈｏｂｕｔｔｅｒｆｌｉｅｓꎬｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭｏｒｐｈｏｍｉｍｉｃ２.２㊀仿生其他生物结构的结构生色纺织品孔雀羽毛和宝石甲虫翅膀呈现出各种各样的颜０３２ 现代纺织技术第３１卷色ꎬ给人一种天然的美感ꎬ其内部结构也有其特殊性ꎮ据研究人员发现ꎬ它们内部黑色素颗粒的周期性排列导致光的干涉ꎬ黑色颗粒能够吸收散射光ꎬ从而产生明亮的结构色[３６]ꎮ如图７(ａ)所示ꎬ在孔雀羽毛内部ꎬ棒状黑色素颗粒形成周期性的微观结构ꎬ吸收散射光并产生明亮的结构色[３７￣３９]ꎮ此外ꎬ宝石甲虫翅膀的闪亮绿色是来自多层干涉的典型结构色ꎬ如图７(ｂ)所示ꎬ大约有２０层黑色素和角质层交替堆叠ꎬ结构色清晰可见ꎬ其中微结构中的黑色素层适当吸收散射光[４０￣４１]ꎮ因此ꎬ聚多巴胺(ＰＤＡ)作为一种黑色素模拟材料引起了人们的关注ꎮＦａｎｇ等[４２]提出了一种基于高色牢度ＰＤＡ结构色纳米膜的环保型纺织品染色新方法ꎬ通过多巴胺的聚合反应在棉织物上成功制备了ＰＤＡ纳米膜结构色ꎮ该研究促进了纺织工业领域的清洁染色ꎮＺｈｕ等[４３]采用硫酸铜(ＣｕＳＯ４)∕过氧化氢(Ｈ２Ｏ２)诱导法在真丝织物表面构建均匀的ＰＤＡ￣黑色素膜ꎬ通过控制不同上层膜的厚度ꎬ制备了黄㊁红㊁蓝㊁绿色四种不同结构的彩色薄膜ꎮ其中由于ＰＤＡ￣黑色素聚集体纳米颗粒的独特排列和强烈的光吸收特性ꎬ所获得具有结构色的织物不依赖于角度ꎬ具有优异的颜色可见性ꎮ该方法制备不需要任何染料ꎬ颜色均匀ꎬ为织物结构色的功能性整理提供了新的思路和理论依据ꎮ图７㊀孔雀羽毛和宝石甲虫示意Ｆｉｇ.７㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｅａｃｏｃｋｆｅａｔｈｅｒａｎｄｊｅｗｅｌｂｅｅｔｌｅ３㊀基于仿生设计的超疏水纺织品超疏水纺织品因其表面防水㊁防污㊁自清洁等特性ꎬ在日常生活㊁医药卫生㊁工农业生产㊁能量转换和环境保护等各个领域有广泛具有的应用ꎮ研究发现自然界中的荷叶表面㊁蝴蝶翅膀及水鸟羽毛等因具备优异的超疏水性能ꎬ可以达到自清洁功能ꎬ其核心是具有特殊 微纳 的粗糙结构ꎬ而有效利用仿生技术设计并构建出耐久的 微纳 的结构是超疏水纺织品改性的关键ꎮ３.１㊀仿生荷叶结构的超疏水纺织品早期的疏水性材料主要用于人们生活防护上ꎬ如雨鞋㊁雨衣㊁雨伞等ꎮ随着功能性纺织品的不断发展ꎬ疏水性材料在织物上的应用也越来越广ꎮ最典型的疏水表面是以荷叶为代表的自清洁功能的植物ꎬ通过对荷叶微观结构的分析[４４]ꎬ研究者发现荷叶的自清洁功能不仅源于粗糙表面上微米级的乳突结构及表面蜡晶ꎬ还因为荷叶表面微米结构乳突上存在着纳米结构ꎬ这种微米结构和纳米结构相结合的多级结构是荷叶表面具有自清洁功能的根本原因[４５￣４６]ꎮ正是这种具有自清洁功能的纳米结构ꎬ成为科学界热门的研究对象ꎮ抗机械能力弱是织物超疏水性能的痛点ꎬ研究人员纷纷尝试不同的材料及方法来制备机械耐久性超疏水织物ꎬ如Ｗａｎｇ等[４７]利用烟道气废弃物￣粉煤灰制备了多功能超疏水织物ꎬ该织物具有优异的超疏水性㊁自清洁性㊁抗机械能力㊁光催化性以及自熄阻燃性能ꎬ在许多领域中有较广阔的发展前景ꎮＦｏｏｒｇｉｎｅｚｈａｄ等[４８]采用喷雾法制备了稳定的无氟超疏水棉ꎬ将制备的乙烯基改性的二氧化钛水溶胶喷涂在平纹棉织物上ꎬ然后将ＰＤＭＳ溶液喷涂在经改性的二氧化钛涂布的织物上ꎬ从而制备了超疏水性海绵ꎮ该织物具有优异的自清洁性㊁化学稳定１３２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展性以及耐久性ꎬ在日常生活中可以用作防水和自清洁服装ꎮＺｈａｎｇ等[４９]采用一锅浸渍法ꎬ将棉织物浸入多巴胺㊁硝酸银㊁十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中制备了超疏水棉织物ꎬ其接触角可达１６３.５ʎʃ１.５ʎꎬ油水分离效率高达９７％ꎬ因此该织物具有良好的机械性能㊁化学性能和稳定性ꎬ可以重复用于油水分离ꎮ实现织物的超疏水性能还可以对织物表面进行改性以形成微纳米多级结构ꎬ以此来提高疏水性能[５０]ꎮＣｈｅｎｇ等[５１]采用环境友好的酶蚀刻法对织物表面进行微纳结构粗糙化ꎬ然后通过热化学气相沉积工艺用甲基三氯硅烷对其进行改性ꎬ构造了复合超疏水真丝织物ꎬ如图８所示ꎮ该织物具有良好的自清洁性能和机械耐久性ꎬ且对织物的光泽㊁色泽㊁柔软性等性能影响较小ꎮＨｅ等[５２]提出了一种通过原位氟化诱导的径向聚合在商业聚酯织物上的新型表面设计策略ꎮ通过与甲基丙烯酸三氟乙酯和二乙烯基苯的径向引发接枝共聚ꎬ将具有双键的超支化纳米二氧化硅共价接枝到表面ꎬ所获得的超疏水织物显示出优异的耐久性和憎水性ꎮ此外ꎬ聚倍半硅氧烷超疏水整理也是一种微结构疏水方案ꎬＰＯＳＳ是一种新型的有机和无机结合的杂化材料ꎬ是具有三维结构的有机硅烷化合物ꎬ它特殊的纳米结构㊁纳米尺寸效应㊁交联效应及对聚合物的有效改性ꎬ吸引着人们极大关注ꎮ因此Ｈｏｕ等[５３]采用光诱导巯基￣烯点击化学方法ꎬ利用巯基硅烷对纤维进行表面改性ꎬ再与甲基丙烯酰￣七异丁基半硅氧烷(ＭＡＰＯＳＳ)进行点击偶联ꎬ增加了织物的表面粗糙度ꎬ降低了织物的表面能ꎬ成功制备了基于多面体低聚倍半硅氧烷(ＰＯＳＳ)的超疏水织物ꎬ如图９所示ꎮ该织物具有优异的耐腐蚀性㊁耐紫外线㊁耐高温㊁耐超声波洗涤以及耐机械磨损性能ꎮ图８㊀采用酶蚀刻法制备超疏水织物示意图及其超疏水织物的ＳＥＭ结构Ｆｉｇ.８㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｆａｂｒｉｃｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｅｎｚｙｍｅｅｔｃｈｉｎｇａｎｄＳＥＭｉｍａｇｅｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｆａｂｒｉｃ图９㊀通过光诱导硫醇￣烯点击化学制备超疏水织物的过程示意Ｆｉｇ.９㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｆａｂｒｉｃｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｐｈｏｔｏ￣ｉｎｄｕｃｅｄｔｈｉｏｌ￣ｅｎｅｃｌｉｃｋｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２３２ 现代纺织技术第３１卷３.２㊀仿生水黾腿结构的超疏水纺织品在自然界中ꎬ除了众所周知的仿荷叶结构所制备的超疏水纺织品外ꎬ还一些具有层次结构和粗糙度的动物表面可以产生显著的超疏水性ꎮ如水黾具有在水面上站立行走而不被浸湿的能力ꎮＧａｏ等[５４]表明ꎬ水黾腿部由大量细微纳米凹槽的定向微小毛发覆盖ꎬ并覆盖有角质层蜡ꎬ如图１０所示ꎬ使腿部表面防水ꎬ并使它们能够在水面上快速站立和行走ꎮ因此ꎬ启发于水黾腿纤维结构ꎬ在织物表面上形成纳米分层结构也可以提供超疏水能力ꎬ如Ｇａｏ等[５５]提出了微米和纳米级分层二氧化硅颗粒涂覆在织物上以实现超疏水仿生表面结构ꎮ采用溶胶￣凝胶法获得各种尺寸的溶胶颗粒ꎬ通过低温两步涂布工艺对织物进行涂布ꎬ由于考虑到含氟化合物基团对环境和健康存在潜在危害ꎬ选择长链烷基硅烷作为低表面能剂ꎬ对粗糙处理后的织物表面进行改性ꎬ所得的织物具有优异的疏水性ꎮ图１０㊀水黾腿纤维结构示意Ｆｉｇ.１０㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｆｉｂｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗａｔｅｒｓｔｒｉｄｅｒｌｅｇ３.３㊀仿生其他生物结构的超疏水纺织品科学家通过研究壁虎脚㊁蚊子腿以及蛾翅膀等其他生物的内部结构ꎬ指出其表面结构是由微米∕纳米级双重结构组成ꎬ这种微米∕纳米级双重结构正是其超疏水性的原因ꎮ因此ꎬ研究人员们通过采用各种方法在织物表面形成微米∕纳米级双重结构从而使其具有超疏水性能ꎮ如Ｐａｎ等[５６]采用原位生长和浸涂法ꎬ在棉织物上制备了一种耐久㊁稳定的聚二甲基硅氧烷(ＰＤＭＳ)￣硬脂酸铜(ＣｕＳＡ２)超疏水涂层ꎬ从而制备了耐久性超疏水织物ꎮ制备过程无复杂工序ꎬ所用原料较为廉价ꎮ该织物显示出良好的超疏水性能ꎬ其接触角为１５８ʎꎬ同时具有良好的机械耐久性ꎮ此外ꎬＹａｎ等[５７]受黑色素和海洋贻贝的启发ꎬ通过快速氧化聚合将多巴胺在短时间内涂覆在真丝织物上ꎬ并通过聚多巴胺二级反应平台将Ｆｅ２＋接枝到织物表面ꎬ制备了具有超疏水性ꎬ阻燃性和抗紫外性的真丝织物ꎮ４㊀基于仿生设计的智能传感纺织品随着仿生设计和智能传感纺织材料的结合ꎬ智能纺织传感器在防护㊁体育㊁医疗㊁军事等领域有着巨大的发展潜力[５８]ꎬ为此成为研究者关注的焦点ꎮＺｈｕ等[５９]制备了一种多孔结构的碳纳米管∕炭黑￣聚氨酯涂层的织物和导电尼龙纤维叉指电极图案化的织物组装而成的压力传感器ꎬ该传感器具有高灵敏度㊁短响应时间和宽感测范围ꎬ可以与人体表面稳定贴合ꎬ以实现生理信号监测ꎮ４.１㊀受人体皮肤结构启发的智能纤维皮肤是人体最大的器官ꎬ它可以通过不同的皮下组织ꎬ根据外界产生的信息直接与外界相互作用ꎬ从而通过神经中枢完成对不同信息的感觉过程ꎮ受此启发ꎬＺｈａｎｇ等[６０]利用天然纤维素的自组装方法形成多孔超分子纤维网络ꎬ设计了一种新型的具有皮肤特性的纤维素仿生水凝胶(ＣＢＨ)ꎬ该水凝胶显示出优良的特性ꎬ如高拉伸性和强度㊁低模量㊁优异的弹性以及良好的生物相容性ꎬ可作为灵敏可靠的应变传感器用于人体运动监测ꎮ此外ꎬ在水性环境中实现了稳定的信号输出ꎮＷａｎｇ等[６１]报道了一种基于自组装策略的新型离子诱导技术ꎬ通过湿法纺丝法在凝固浴中形成具有仿生绒毛状表面的纤维ꎬ然后加入羟基脲进行特殊的银镜反应ꎬ得到Ａｇ∕ＡｇＣｌ∕ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳ复合纤维具有稳定的三层核壳结构ꎬ如图１１所示ꎮ仿生Ａｇ∕ＡｇＣｌ∕ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳ复合纤维具有双向响应性和增强的灵敏度ꎬ并对反复的外部应力表现出优异的稳定性ꎬ利用其组装的压力传感器ꎬ可以用于小应力的监测㊁柔性机器人㊁医学假肢等方面ꎮＧｈｏｓｈ等[６２]使用大面积且结构稳定的鱼胶３３２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展。
现代仿生技术在纺织服装领域的应用摘要：纺织服装的发展与自然息息相关，无论中西，都出现了服装的仿生设计现象，如Dior的郁金香廓形，中国古代服饰的马蹄袖、鱼鳞百褶裙等。
随着科技的进步，服装更加多样化，应用于纺织服装行业的仿生设计也逐渐地从“模仿”变成了“创造”，现代仿生技术的诞生推动着纺织服装领域的技术进步。
关键词：现代仿生技术；纺织服装；应用1仿生纤维1.1视觉表现———以外观效果为主由于微生物表面的非特异性小结构，它严重影响了光的折射规律，使得最终看到的光显示出独特的性质。
双层扁平纤维的设计灵感来自一种生活在热带雨林中的“蓝色闪光蝴蝶”。
它之所以得名，是因为它的翅膀散发出明亮的深蓝色光泽。
蓝闪蝶的翅膀从未有过深蓝色的黑色素，这不是黑色素着色，而是结构着色。
羽毛鳞片之间的间隙结构使光源能够在彼此之间连续地进行反射、映射、干涉和累积，从而增强高清晰度蓝光幅度，并显示出明亮的蓝色金属纹理。
根据这一特点，可以混合两种具有不同热收缩率的聚酯切片进行熔融纺丝。
通过整个热处理过程，纤维束将具有类似的间隙结构，从而达到仿生技术的实际效果。
一些研究人员使用变色龙的褪色原理作为原型来制造褪色纤维。
根据光敏褪色化学物质的添加，他们将其与聚丙烯切割成薄片，充分混合，然后熔化并旋转以产生纤维，以实现视觉冲击变化。
通常，这种视觉仿生技术纤维用于具有特殊颜色设计方案的服装，如高端时装、军事服装等。
1.2功能表现———以实际作用效果为主中空纤维应基于小动物血管膜的管状形状。
研究表明，这种结构可以储存空气和动能，合理减少热量损失。
在这一阶段，生产方法主要是通过化学方法或物理模塑方法生产孔眼结构。
它生产的纤维触感蓬松，具有很好的透气性，因此通常用于床上用品和衣物填充。
北极熊的毛发具有很好的透气性和疏水性。
科学研究数据显示，小北极熊的每一根毛发都有一个内腔结构，气体被密封在内腔中，减少了热量损失。
它的毛发由许多毛发和绒毛组成，浓密的毛发具有疏水性。
功能化纺织品的研究与应用随着科技的不断发展，功能化纺织品在日常生活中已经无处不在。
例如，抗菌、防水、防紫外线、透气等功能化纺织品已经广泛应用于服装、家居、医疗等领域。
本文将探讨功能化纺织品的研究进展以及应用现状。
一、纺织品功能化的研究进展功能化纺织品的研究从20世纪60年代开始，最初主要是对棉纤维、羊毛纤维等天然纤维进行的研究。
而随着合成纤维的研究不断深入，更多的功能化纺织品得以发展。
1. 抗菌纺织品抗菌纺织品是为了防止生物污染而研制的新型纺织品。
抗菌纺织品的研究已经有了长足的进展，现如今已经可以应用于医疗用品、床上用品等领域。
同时，由于疫情爆发，市场上出现了许多以抗菌为卖点的纺织品，这也使得抗菌纺织品的研发更加迫切。
2. 防水纺织品防水纺织品分为两种类型：一种是使用表面涂层的方法制成防水材料，另一种则是使用内衬防水层的方法。
前者由于涂层往往在使用后容易磨损，而后者则更为耐用可靠。
3. 防紫外线纺织品随着紫外线对皮肤的伤害日渐显露，防紫外线纺织品应运而生。
在设计上，可以添加具有吸收紫外线的化学物质，通过不断的实验和改进，目前已经有了很多优良的产品。
4. 透气纺织品透气纺织品是指纺织品中的孔隙结构是非常微小的，能够让水蒸气和空气穿过而外部的液体和颗粒物却无法透过。
透气纺织品的成功研发为许多领域提供了有利条件，如军事、运动等领域的服装。
二、功能化纺织品的应用现状众所周知，功能化纺织品可以应用于众多领域，具有广泛的市场前景。
以下是功能化纺织品在几个领域的应用现状。
1. 服装领域服装领域是功能化纺织品的主要应用领域之一。
可以使用各种处理方式实现抗静电、防水、防紫外线等效果，可谓应有尽有。
例如，编织一定密度的纤维并添加具有吸热性的针织物，可以实现冬季保暖并同时保持透气性。
2. 家居领域家居领域中的功能化纺织品主要体现在提高生活品质方面，例如抗菌、防污、光洁等效果。
在人们花费更多的时间在家中待着的当下，优质的家居功能化纺织品正在变得越来越受欢迎。
仿生原理在纺织领域的应用1. 介绍仿生学是一门研究生物学与工程学相结合的学科，通过借鉴生物系统的结构和功能，来设计和改进人造产品和技术。
纺织领域是一个广泛应用仿生原理的领域之一。
本文将介绍仿生原理在纺织领域的应用及其优势。
2. 基于仿生原理的纺织材料设计•莲叶纳米纹理纺织材料：莲叶表面的纳米纹理可以让水珠迅速滚落，这种特性被应用于纺织材料的表面设计，使其具有防水性能和自清洁能力。
•鱼鳞纹理纺织材料：仿照鱼鳞的表面结构设计纺织材料，可以减少摩擦力和抗菌能力，同时增加材料的柔韧性和耐磨性。
3. 基于仿生原理的纺织结构设计•蜘蛛丝纺织结构：蜘蛛丝的结构拥有良好的力学性能，可以通过仿生原理设计纺织结构，提高纺织品的强度和韧性。
•鸟羽翅膀纺织结构：鸟羽翅膀的结构可以在飞行中提供稳定和减少阻力的作用，可以通过仿生原理设计纺织结构，改善纺织品的空气透气性和舒适性。
4. 基于仿生原理的纺织染色技术•蝶翅染色技术：仿照蝶翅的颜色和纹理，可以通过仿生原理设计纺织染色技术，实现多色染色效果和纹理变化。
•鱼鳞染色技术：仿照鱼鳞的颜色和纹理，可以通过仿生原理设计纺织染色技术，实现颜色渐变和纹理效果。
5. 基于仿生原理的纺织制造工艺改进•蜘蛛丝制造工艺：借鉴蜘蛛丝的制造过程，可以改进纺织制造工艺，提高生产效率和产品质量。
•莲花纤维织造工艺：仿照莲花纤维的织造工艺，可以改进纺织制造工艺，实现高效、低能耗的生产。
6. 仿生原理在纺织领域的优势•功能性提升：仿生原理的应用可以赋予纺织品更多的功能，如防水、防污、抗菌等。
•环保可持续：仿生原理的设计思路可以提高纺织品的生产效率和可持续性，降低对环境的影响。
•创新性突破：仿生原理的应用促进了纺织技术的创新，推动了纺织行业的发展和进步。
7. 总结仿生原理在纺织领域的广泛应用，使得纺织品在功能、结构、染色技术和制造工艺方面都有了突破性的改进。
通过借鉴生物系统的设计原则，纺织品的性能得到了提升，同时也促进了纺织行业的可持续发展。
高性能复合材料在纺织中的应用纺织行业作为人类生活中不可或缺的一部分，一直在不断地创新和发展。
近年来，高性能复合材料的出现为纺织领域带来了新的机遇和挑战。
高性能复合材料具有优异的性能，如高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等，这些特性使得它们在纺织中的应用日益广泛，为纺织产品赋予了更多的功能和更高的品质。
一、高性能复合材料的种类及特点（一）碳纤维复合材料碳纤维具有极高的强度和模量，同时重量轻。
在纺织中，碳纤维复合材料常用于制造高性能的运动服装、防护装备等。
其良好的导电性还使其在防静电和电磁屏蔽方面具有应用潜力。
（二）芳纶复合材料芳纶具有出色的耐高温和阻燃性能，强度也较高。
在纺织领域，常用于制作防火服、高温作业服以及防弹衣等，能够为使用者提供有效的保护。
（三）玻璃纤维复合材料玻璃纤维价格相对较低，强度较好。
在纺织中，可用于增强一些普通织物的性能，如增强帐篷布、输送带等的强度和耐用性。
（四）陶瓷纤维复合材料陶瓷纤维具有极高的耐高温性能，在高温过滤、防火隔热等领域的纺织应用中表现出色。
二、高性能复合材料在纺织中的具体应用（一）功能性服装1、运动服装高性能复合材料能够提高运动服装的弹性、透气性和耐磨性。
例如，在运动内衣和紧身裤中加入弹性较好的复合材料，能够提供更好的支撑和舒适度，减少运动过程中的摩擦和疲劳。
2、防护服装在一些危险工作环境中，如消防、化工等，防护服装至关重要。
高性能复合材料制成的防护服能够有效地抵御高温、火焰、化学物质等的侵害，保障工作人员的生命安全。
（二）家用纺织品1、窗帘和遮阳布具有耐高温、耐紫外线的复合材料制成的窗帘和遮阳布，能够更好地阻挡阳光，延长使用寿命。
2、床上用品加入高性能复合材料的床垫、枕头等床上用品，可以提高其支撑性和透气性，改善睡眠质量。
（三）工业用纺织品1、过滤材料在工业过滤领域，高性能复合材料制成的过滤布能够有效地过滤微小颗粒和有害物质，提高过滤效率和使用寿命。
2、输送带用于输送带的制造，能够增加输送带的强度和耐磨性，减少维修和更换的频率，提高生产效率。
仿生设计在产品创新中的应用研究近年来，随着科技的飞速发展，人们对于产品的要求也越来越高。
为了满足消费者的需求，企业不断进行创新，而仿生设计作为一种新兴的设计理念，被广泛应用于产品创新中。
本文将探讨仿生设计在产品创新中的应用研究，并分析其优势和挑战。
一、仿生设计的概念和原理仿生设计是通过模仿自然界中生物的结构、功能和行为，将其运用到产品设计中的一种方法。
它借鉴了生物学、物理学、化学等多学科的知识，旨在提高产品的性能和功能。
仿生设计的原理是通过观察和研究自然界中的生物，发现其中的优秀设计，并将其运用到产品设计中。
二、仿生设计在产品创新中的应用1. 结构优化仿生设计可以通过研究自然界中的生物结构，优化产品的结构设计。
例如，蜘蛛丝的强度和韧性远超过钢铁，研究其结构可以为纺织品和建筑材料的设计提供灵感。
另外，鸟类的骨骼结构可以为飞机的设计提供指导，使其更加轻巧和稳定。
2. 功能改进仿生设计可以通过研究生物的功能特点，改进产品的功能。
例如，蝴蝶的翅膀上有微小的鳞片，这些鳞片可以使蝴蝶具有良好的防水性能。
将这个特点应用到纺织品的设计中，可以使其具有防水功能。
此外，研究昆虫的感知器官可以为机器人的设计提供灵感，使其具有更强的感知能力。
3. 材料创新仿生设计可以通过研究生物的材料特性，创新产品的材料。
例如，莲花的叶子表面具有微观的凹凸结构，使其具有自清洁能力。
将这个特点应用到建筑材料的设计中，可以使其具有自洁能力，减少清洁维护的成本。
另外，研究贝壳的结构可以为新型材料的研发提供启示，使其具有更好的强度和韧性。
三、仿生设计的优势和挑战1. 优势仿生设计可以从自然界中获取丰富的创新思路，使产品具有更好的性能和功能。
同时，仿生设计还可以提高产品的可持续性，减少对环境的影响。
此外，仿生设计还可以促进不同学科之间的交流和合作，推动科技的跨界发展。
2. 挑战仿生设计在应用过程中也面临一些挑战。
首先，仿生设计需要深入研究自然界中的生物，需要大量的时间和资源。
功能性纺织品开发及应用功能性纺织品是指在传统纺织品的基础上增加一些特殊的性能，以满足人们在生活和工作中对于舒适、健康和安全的需求。
随着科技的不断进步和人们对生活品质要求的提高，功能性纺织品的开发及应用逐渐得到重视。
本文将从纺织品的功能性、开发过程及应用领域三个方面进行论述。
首先，功能性纺织品具有很多独特的功能。
其中最常见的是温度控制功能。
温度调节纺织品能根据人体的需求在炎热或寒冷的环境中提供适宜的舒适感。
其次是防紫外线功能。
随着臭氧层的破坏，紫外线对人体的危害也越来越大。
防紫外线纺织品能有效地阻挡紫外线的穿透，为人们提供更好的防护。
此外，功能性纺织品还可以具备抗菌、防臭、防尘、防水等功能，使人们在日常生活中更加健康、舒适。
其次，功能性纺织品的开发过程涉及到材料的选择、纺织加工以及功能性测试等环节。
在材料选择方面，研究人员需要根据纺织品的功能要求，选择合适的纤维材料，如竹纤维、银纤维等。
纺织加工是将材料转化为纺织品的过程，可以通过纺织技术、印花技术、涂覆技术等多种方法实现。
此外，为了保证功能性纺织品的性能稳定性和可持续性，还需要进行功能性测试，如温度控制性能测试、抗菌性能测试等。
只有通过严格的测试，才能确保产品的质量和功能。
最后，功能性纺织品的应用领域广泛。
首先是服装领域。
人们对于服装的需求不仅限于保暖和美观，还包括对防水、防风、防晒等功能的需求。
功能性纺织品的应用可以满足这些需求，例如运动服、户外服装、工作服等。
其次是家居领域。
功能性纺织品可以使家居产品更加舒适、环保和健康，例如防尘窗帘、抗菌床上用品等。
此外，功能性纺织品还可以在医疗、汽车、航空航天等领域发挥重要作用，如医疗纺织品的抗菌、透气、吸水性能，汽车内饰面料的耐磨、防污等。
综上所述，功能性纺织品的开发及应用是满足人们对舒适、健康和安全的需求的重要手段。
通过选择合适的材料、进行纺织加工和功能性测试，可以使功能性纺织品具备温度控制、防紫外线、抗菌、防水等多种功能。
仿生复合材料在功能性纺织品中的研究与应用①龚䶮林素君（北京服装学院材料科学与工程学院，北京100029）摘要近年来，随着我国的科技进步和经济发展，功能性纺织品在人们的生活中占据了越来越大的比重。
本文介绍了仿生技术在功能性纺织品中的研究与应用，并初步探讨了仿生复合材料在功能性纺织品中的发展趋势和技术难题。
关键词仿生复合材料；功能性纺织品1功能性纺织品的现状近年来，随着我国的科技进步和经济发展，人们越来越关注个人的生活环境、工作环境及自身的健康。
为了适应和改善人们的生活环境和工作环境，提高人们的生活质量和生命质量，扩充人类的活动空间，功能性纺织品在人们的流行生活中占据了越来越大的比重。
自20世纪90年代以来，中国的功能性纺织品开发呈现出持续高涨的态势，并以对全球的纺织品市场产生重大影响。
这种持续高涨的开发热情来自两方面的推动力：一是随着消费水平的提高，人们对纺织产品具有某种特殊功能的消费需求不断增加，促使一部分纺织品生产企业投入大量的人力和物力研究开发功能性纺织品，以满足这种消费需求；二是由于通过对花式、组织结构、新型纺织染工艺的创新或新型纤维原料的开发和应用来开发新型纺织产品，已经有些黔驴技穷了，促使一部分企业转而关注功能性纺织产品的开发，以期在利润微薄的传统产业大背景下，寻求更高的附加值。
目前，功能性纺织品的开发领域主要集中在内衣、家用纺织品和防护用纺织品等三个方面，涉及的功能包括抗菌防臭、远红外、抗紫外线、抗静电、防电磁辐射、拒油防水、负离子、防火阻燃、抗沾污、易去污、防水透湿、免烫、高吸湿等。
与其他新产品的开发一样，由于市场的不成熟，中国的功能性纺织产品开发也经历了因一哄而上、鱼龙混杂而导致消费者的信任度下降，到市场秩序逐渐规范的过程，并已形成了具有一定规模、功能日趋完善、发展相对稳定的功能性纺织品产业格局。
2功能性纺织品的新进展———仿生技术在纺织中的研究和利用近年来，我国相关生产企业以及一些跨行业、跨系统的高校、科研单位在功能性纺织品开发上取得了一定成效，应用仿生技术、纳米技术的功能性纺织产品应运而生，如防水、防污、透湿的功能性服装、发射远红外线的保健服、防弹服以及具有防紫外线、抗菌、阻燃、抗静电、超双疏等功能的纺织品均有报道。
现将仿生技术在纺织中的应用情况归纳如下。
①基金项目：服装材料研究开发与评价北京市重点实验室，资助项目编号：（2008ZK－01）。
2.1仿“荷叶效应”的纳米仿生防水材料荷花向来被人们冠以出淤泥而不染的雅号，那么，什么原因导致了这种莲花效应呢？通过电子显微镜，可以观察到莲叶表面覆盖着无数尺寸约10μm突包，而每个突包的表面又布满了直径仅为几百纳米的更细的绒毛（图1）。
这是自然界中生物长期进化的结果，正是这种特殊的纳米结构，使得荷叶表面滴水不沾。
图1莲叶的电子显微图像（图1来源于http：///sci/nano－...230.html）科学家们对这一现象进行了研究，发现荷花的这种自清洁效应可以应用到很多地方，在织物上已研制出了仿荷叶结构的纳米防水布———丙纶织物。
将颗粒大小为20纳米左右的聚丙烯水分散液浸轧、光照，使颗粒黏结在纤维表面上形成凸凹不平的表面结构，成为双疏材料，既疏水又疏油。
用油或水往这种布上倒，都不会浸湿，也不会玷污。
2.2仿变色龙的变色纤维变色龙能随环境的变化而自动变化，利用仿生学原理，目前已研制成功了一种能自动变色的光敏变色纤维，该纤维不仅对光线十分敏感，而且湿度的变化也能使颜色改变。
这种变色纤维被光色性染料染色后，便能随周围环境的光色变化而改变颜色，此外还能随温度的升高而显示不同的颜色（图2）。
图2感温印花布2.3仿孔雀羽毛的仿生纳米结构研究及其在纺织纤维中的应用早在数百年前，牛顿就指出，鸟羽和昆虫的颜色不仅仅来源于色素，还来源于物理结构。
羽毛表面组织可以对光发生散射和干涉作用从而产生颜色，这两种生色途径都属于结构生色。
由于结构生色不会降低光强度，所以产生的颜色特别明亮，甚至还具有金属光泽。
色素生色随着化学结构变化，颜色会变化或消失；而结构生色只要材料的折射率和尺寸不变，颜色是不会消失的，所以如果能够将结构生色仿生技术用于纺织印染行业，将革命性地促进行业的发展。
通过实验对孔雀羽毛的结构生色原理的研究发现，蛋白质晶体纤维产生的干涉现象是孔雀羽毛绚丽多姿的主要原因。
我们对孔雀羽毛更为微观的结构进行了观察。
从小羽枝上锁定一个羽毛裂纹，观察其微观结构。
可以更加清晰地看到小羽枝中的蛋白纤维的二维光子晶体结构的积聚状态和形成特征。
我们发现这些蛋白质晶体纤维的粗细度均匀，排列方向严格按照小羽枝的轴向，所以能够从物理结构上形成良好的干涉现象，生出绚丽的颜色（图3 图5）。
将孔雀羽毛的结构色和动态色中的光自晶体应用于纺织品中，结合纳米仿生制备技术，人工模拟纳米结构单元，将该结构生色机理用于纺织纤维行业中，改变传统印染工艺，使纺织应用的新型“印染”颜色明亮且永不消失。
图3孔雀羽毛绿色部分的光学显微结构图4羽毛的形貌电镜扫描图5孔雀羽毛的微观结构2.4仿北极熊绒毛特点的中空纤维中空涤纶短纤维最初从日本引入我国，主要生产喷胶棉以用于服装领域。
近年来，中空涤纶的种类和应用范围正在不断扩大。
抗菌中空涤纶短纤维是仿北极熊的毛发中空而研制的一种差别化纤维，具有良好的回弹性、蓬松性和保暖性，还具有抗菌性、防臭性能和较强的抗紫外线能力，对人体的皮肤具有保健功能，见图6。
图6北极熊绒纤维（图6来源于http：///story/52795.html）2.5仿麂皮超细纤维技术复合超细纤维是化学纤维领域的最新成果，由于其特殊的纤维组分和结构（图7），其产品具有超天然纤维性能与优异的仿真效果。
由北京服装学院承办研究的PA6/PE共混海岛法超细纤维及人造麂皮（图8）的开发项目已取得很好的研究成果，制得了目前世界上实现工业化生产的最细的超细纤维，其直径仅0.2 0.5μm（0.0005 0.0008dt），具有准纳米级尺寸；同时制成了具有开口式微孔和离型效果的超真人造麂皮；该项技术以及产品的各项指标均达到了国际先进水平，并获得了国家科技进步二等奖。
海岛型复合超细纤维是近年来超细纤维发展的新方向，相比以往裂离型超细纤维其单纤更细，且单一组分更有利于染色。
海岛纤维仿鹿皮产品表观丰满细洁、风格独特，具有极佳的悬垂性、优良的舒适性和显著的防水透气性能，实现了从功能上对鹿皮的仿制，可广泛用于服装产业、军工及装饰材料等多种领域，如高级纺织面料、高级装饰材料、超滤材料等。
随着人们对这一新型材料功能的不断认知及市场的进一步开拓，其应用领域会不断扩大，给各行各业带来巨大的经济效益和社会效益。
图7超细纤维形态结构图8人造麂皮形态结构（图7，图8来源于http：///data/2005/2005－12－09/130076.shtml）2.6仿蜘蛛丝特性的防弹纤维蜘蛛丝具有很高的强度、弹性、柔韧性、伸长度和抗断裂功能以及轻盈、耐紫外线、生物可降解等优点，是包括蚕丝在内的天然纤维和合成纤维所无法比拟的。
固体状的蜘蛛丝内呈不规则纠结状的甘胺酸蛋白分子链，是其具有弹性的原因（图9，图10）。
仿生蜘蛛丝的人造丝即将进入各个领域，尤其在制作防弹服方面发挥着其不可替代的作用。
图9蜘蛛丝化学结构图10蜘蛛丝蛋白结构（图9，图10来源于http ：//.tw /%25E5%25...2842.html ）2.7仿鲨鱼皮的特种减阻材料图11显微镜下鲨鱼皮肤（图11来源于http ：// /）s /blog_4...k1d.html奥运会上菲尔普斯一举夺得8枚金牌，创造了奥运八金的神话，而这背后有着仿鲨鱼皮特种材料不可磨灭的作用。
鲨鱼皮具有优异的减阻性能（图11），被人们称为“鲨鱼皮效应”。
通过对仿鲨鱼皮面料的组织结构及其时水阻力影响的研究，科学家们研制出了仿鲨鱼皮泳衣。
仿鲨鱼皮泳衣在减少水的阻力和氧气消耗方面的效果极为显著，可使比赛成绩大幅度提高。
2.8印染及印花技术中的仿生花纹服装色彩的仿真仿形：在印花图案设计方面，仿形、仿色较为普遍，各种动植物图案比比皆是，而孔雀尾羽的五彩斑斓、绚丽多姿是仿生学在服装色彩上的成功应用，尾羽的形状更是众多设计中模仿的图案。
另外，采用特殊的印染方法如化学印染、压花和编织手法都可以表现各种各样不同的自然界美的肌理效果，服装面料的仿生设计得到进一步的发展。
结构生色印花：结构生色技术可以用于或控制印花，一些特别要求结构生色的印花，例如反光、珠光、透明、闪光和变色印花等都是结构印花。
根据仿生学原理开发的复合纤维材料，可生产多种用途的、具有杀菌作用的功能性面料（抗菌棉）。
3应用前景和技术难题我国功能性纺织品研发正在向着环保、医疗、卫生、矿业、热带农业、产业用纺织品、纳米、化工等多领域拓展，如电磁辐射防护服装及其标准的研发、户外运动功能纺织品的开发、印染废水处理、天然染料及植物功能染料、镀银纤维、防蚊纺织品、功能性微胶囊、桑皮纤维、医用循环减压袜的研发等。
各种可用于功能性纺织品的仿生复合材料的研究与应用前景广阔，但同时也存在着需要解决的技术难题。
以国防领域中的特种作战服装为例，目前已经出现了保温纤维、防弹纤维、变色纤维等功能各异的服装材料，然而，如何将这些功能融合在一起，研制出集保温、变色、防弹于一身的特种作战服仍是一个难题。
此外，用于功能性纺织品的仿生复合材料还需要进一步提高技术稳定性、改善批量化生产工艺，并不断开发新的应用领域。
现在国家纺织规划也已把发展高性能纤维、功能性纺织品等产业用纺织品列入其中。
可以预见在未来几年内，中国将成为世界上最大的功能性纺织品生产基地和应用市场。
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