神奇纤维:“智能织物”可以改变颜色

想象一下，使用一个可以检测到细菌或致病源并改变颜色，或者使用N95口罩，可以检测到新产品的存在冠状病毒并以提醒佩戴者的方式回应，这样他们就能知道何时需要更换。

弗吉尼亚联邦大学化学与生命科学工程系助理教授Christina Tang博士正在测试新的方法，通过将液晶纺成纤维，使其在不同的温度下变色。

Tang和她的垂直集成项目团队的学生们一直在与美国陆军合作一个项目，以制造具有这些看似神奇——或热变色——特性的纤维。唐的实验室使用的不是纺车，而是一种静电纺纱仪器，她把这个过程比作制作棉花糖。这种材料由喷嘴产生，然后被拉成纤维并卷成薄片。

Tang的团队正在确定如何处理纤维和液晶，使温度的上升或下降会导致变化，“所以我们仍然可以得到颜色，但也可以从根本上理解这种处理如何影响相变。”

这些“聪明的面料“它们由柔软、轻便和有弹性的材料制成，可用于服装，如伪装，或用于其他应用，如检测病原体的存在，如病毒．它们还被用于制造可穿戴传感器和设备。

Tang研究的是纳米尺度，一根纳米纤维比人类头发的宽度还小1000倍。她的研究领域包括功能高分子纳米材料和纳米粒子．

聚合物纳米材料都是由尼龙或聚乙烯等塑料制成的——与制造塑料汽水瓶的材料相同。唐的实验室生产无纺布纳米纤维类似于可重复使用的购物袋，很容易批量生产。“我们喜欢思考如何为这些材料添加功能，”她说。

她说，在N95的情况下，佩戴者会知道“何时需要更换，而不仅仅是猜测”。有了清洁湿巾，“你可以一直擦拭，直到它不再变色。”

在了解这些材料的基本特性的研究中，Tang正在测试如何通过将液晶配方加入到电纺纳米纤维中来制造热变色纤维。

亚伦·温伯利是一名化学与生命科学工程专业的大三学生，他在大二之前的那个暑假就开始研究这个项目。“当我第一次来到实验室时，唐博士向我展示了一些电纺编织毡和聚合物溶液的样品，那真是太酷了，”他说。从那以后，他帮助制作了可以改变颜色的样品。

Tang说，该领域的一些研究人员关注液体，而另一些研究聚合物。她的方法，在两者的交汇处，应用了通常用于液体的方法来处理这些材料。这种介于液相和固相之间的液晶具有反射颜色的光学特性——“这和蝴蝶翅膀的颜色而不是染料吸收颜色的原理是一样的，”唐说。