仿生纺织品的设计与应用

1、仿生纺织品的设计与应用天津工业大学 纺织学院顾振亚什么是仿生学 从生物体优异的功能中得到启迪，通过模仿生物体的结构、形态、功能和行为或从中得到启示来设计和制备智能材料以解决所面临的技术问题的认知方法，即为“仿生”。 仿生学是“模仿生物的科学”。仿生纺织品的研究开发 基于仿生的思路，模仿生物体的结构和特性，对纺织品进行仿生设计，制备具有生物体特殊功能（智能）的纺织品，称为“仿生纺织品”。仿生纺织品研究开发举例 模仿蛾的角膜结构开发的超微坑纤维 模仿荷叶表面凹凸粗糙结构开发的超拒水织物 模仿蝴蝶翅膀的结构开发的光显色纤维（结构生色纤维） 模仿植物叶子呼吸原理开发的有呼吸功能的纺织品 仿鲨鱼皮织物

2、仿蜘蛛丝的研究蛾眼睛角膜表面防反射层结构可见光与纤维的作用方式超微坑纤维的表面微细凹凸结构 模仿荷叶表面凹凸粗糙结构开发的超拒水织物 荷叶效应水滴在荷叶表面形成滚动的小球荷叶表面的微观结构荷叶表面尘土随水滴一起滚落去除水溶性胶水也能从荷叶表面滚落荷叶表面上的油性污垢也能被水滴洗除疏水粗糙表面和光滑表面除尘方式比较示意图 超拒水织物Microft-LotusMicroftMicroft结构结构高密度棉织物耐纶塔夫绸普通高密度透湿拒水织物Microft.MicroftR 拒水性的耐洗性拒水性的耐洗性项目项目指标指标备注备注面密度/（g/m2）撕破强力/kg拒水性拒水性（滚动角）/耐水压/mm透气性

3、/cm3/(cm2s)透湿性/g/(m224h)1352.5L0=100 L20=90L0=7 L20=9600-7000.58000JISL 1096JISL 1096(摆锤法)JISL 喷淋法帝人法JISL 1079（低水压法）JISL 1079JISL （杯子法） 模仿蝴蝶翅膀的结构开发的光显色纤维（结构生色纤维） 闪蛱蝶Morpho didius闪蛱蝶Morpho didius翅瓣结构电镜照片翅瓣截面结构图入射光入射光干射干射薄片翼鳞粉支撑细条横肋1.7m1.8m0.16m0.08m0.70m0.54m0.12m0.14m 显色纤维Morphotex层压结构纱层压结构纱示意图示意图PE

4、T与Ny层压结构纱纺丝示意图 光显色纤维截面电镜照片 模仿植物叶子呼吸原理开发的有呼吸功能的纺织品保护细胞气孔孔植物叶子气孔结构弹性气室弹性气室微微 气气 候候泵泵 吸吸 作作 用用皮皮 肤肤Stomatex作用示意图 仿鲨鱼皮织物鲨鱼皮肤表面denticles鳞片结构Fastskin游泳服所用织物Fastskin织物工作原理示意图 仿蜘蛛丝的研究四喷丝孔六喷丝孔喷丝套管蜘蛛丝的性能：蜘蛛丝的性能： (1) 丝细强度高、柔韧性弹性好、耐冲击力强。丝细强度高、柔韧性弹性好、耐冲击力强。 Nephila Clavipes 热带蜘蛛丝热带蜘蛛丝 直径：直径：0.741.16dtex；强度（；强度（6

5、.48.2）N/dtex (2) 耐低温：耐低温：-40 仍有弹性。仍有弹性。 (3) 生物可降解。生物可降解。蜘蛛丝蛋白的合成蜘蛛蛋白丝产生的三种途径：蜘蛛蛋白丝产生的三种途径：(1) (1) 利用动物（奶牛或奶羊）来生产蜘蛛蛋白利用动物（奶牛或奶羊）来生产蜘蛛蛋白; ; (2) (2) 利用微生物来生产蜘蛛蛋白；利用微生物来生产蜘蛛蛋白；(3) (3) 利用植物来生产蜘蛛蛋白。利用植物来生产蜘蛛蛋白。仿生纺织品的设计思路 仿生智能纺织品 纳米技术的应用 仿生智能纺织品 利用人工材料模仿自然界生物体的结构和性能来设计纺织品，使纺织品获得由这些结构带来的“功能”，即为仿生智能纺织品。仿松果的智能纺织品 纳米技术的应用 拒水、防污自洁织物NanosphereTM无无Nanosphere结构的织物表面结构的织物表面Nanosphere结构的织物表面结构的织物表面NanospereTM 织物表面结构织物表面结构Nanosphere结构织物表面水滴尘土Nanosphere结构织物表面，尘土粘附于水滴上水滴滚落时，尘土也随之冲去NanospereTM 织物的拒水防污功能织物的拒水防污功能仿生纺织品的发展前景 仿生学作为生物学和技术学相结合的学科，旨在技术方面模仿自然界生物体的功能，在生