将陶瓷与织物结合在一起的想法有点违反直觉。把硬材料和软线混合在一起?但这是真的,就像在圣代冰淇淋上放些花生一样——可以产生一种很棒的组合。实际上,如果只考虑几年前开发的一种应用,这其实并不完全违反直觉。这种应用在推出时一定让人难以置信:玻璃纤维。
有几组研究人员一直在尝试将陶瓷材料与织物混合,并产生了从相对简单到极其新颖和坚固的各种应用。
例如,在最简单的应用领域,现在市面上有一些衬衫声称其纱线中永久地加入了防晒材料。这对我来说似乎很棒。作为一名跑步者,并且已经与癌症抗争过一次,我非常注意(甚至有点偏执)日晒,在户外(即使游泳时)也穿长袖衬衫。棉质或棉混纺面料似乎能很好地阻挡阳光,但会像海绵一样吸汗。作为替代方案,我尝试过穿一些专为运动设计的轻质合成“吸湿排汗”衬衫,但我总是怀疑这种网状材料是否能阻挡所有的紫外线。
那是在我遇到 Coolibar 长袖运动衫之前。Coolibar 声称是第一家“使用含有氧化锌的专有面料开发 UPF 50+ 服装和帽子的公司,这种面料不会被皮肤吸收,不会磨损或洗掉,可以安全地反射所有紫外线。“Coolibar 还使用另一种含有 TiO2 的 UPF 50 面料制作服装。(UPF 名称是防晒霜 SPF 系统的面料必然结果。)Coolibar 表示,其面料已由独立实验室根据 ASTM(D6544 和 D123)和美国纺织化学家和染色师协会制定的测试和标签标准进行评估。我刚买了几件这样的衬衫,打算在夏天剩下的时间里试穿一下。
Coolibar 的服装是陶瓷科学与纺织品相结合的一个通俗易懂的例子。北卡罗来纳州立大学正在进行的一些工作更具突破性,并在 ACerS 的《公报》八月新刊上进行了报道,研究人员正在试验一些纺织品的新型陶瓷表面处理方法。
北卡罗来纳州立大学的一个研究小组正在利用原子层沉积技术,利用陶瓷纳米材料的导电和半导体特性来拓展传统纺织品的边界。北卡罗来纳州立大学的教授 Jesse S. Jur 和 Gregory N. Parsons 在《公报》的一篇报道中讨论了如何利用 ALD 工艺利用纺织品制造电子设备。他们指出,例如,ALD 可以用来创建响应式传感器的构建模块。Jur 和 Parsons 报告称:“原子层沉积 (ALD) 的纳米级表面覆盖使我们能够制造器件层,充分利用纺织品基材的高表面积和战略性结构-性能关系。这对于生成响应性材料至关重要,这些材料的电行为会在弯曲或暴露于某些化学物质时发生变化,也就是说,织物可以作为全纤维电子设备的平台。“ Jur 和 Parsons 详细介绍了一些正在研究的材料以及扩大高通量 ALD 技术规模所面临的挑战,并勾勒出表面改性纺织品(机织和非织造布)的应用前景,远远超出传统的服装、家具和防护罩。
Tiina Nypelö 和 Orlando J. Rojas 在 Bulletin 上发表的另一篇报道重点介绍了陶瓷材料和纤维素的结合,以创造新型功能化纤维。博士后学生Nypelö和另一位北卡罗来纳州立大学教授Rojas报告了在新兴纤维素基材料上应用粘土、碳酸钙、二氧化钛、二氧化硅和磁性粒子涂层的研究。他们描述了有机-无机混合纤维,可用于柔性印刷电子产品、电路板基座、传感器、执行器和电阻温度探测器,以及导电、磁性和压电薄膜。
因此,从衬衫到传感器,新兴的陶瓷-织物混搭似乎并不奇怪,而且其益处显而易见。