仿生纺织品的设计及应用课件

仿生纺织品的设计与应用天津工业大学纺织学院顾振亚仿生纺织品的设计与应用天津工业大学纺织学院1什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”。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2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”。仿生纺织品的研究开发基于仿生的思路，模仿生物体的结构和特性，3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仿蜘蛛丝的研究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4蛾眼睛角膜表面防反射层结构蛾眼睛角膜表面防反射层结构5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6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模仿荷叶表面凹凸粗糙结构开发的超拒水织物水滴在荷叶表面形成滚7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8荷叶表面上的油性污垢也能被水滴洗除荷叶表面上的油性污垢也能被水滴洗除9疏水粗糙表面和光滑表面除尘方式比较示意图疏水粗糙表面和光滑表面除尘方式比较示意图10超拒水织物Microft-LotusMicroft®<Rectas>®结构超拒水织物Microft-LotusMicroft®<Rec11高密度棉织物耐纶塔夫绸普通高密度透湿拒水织物Microft.<Rectas>MicroftR<Rectas>拒水性的耐洗性高密度棉织物耐纶塔夫绸普通高密度透湿Microft.<Rec12项目指标备注面密度/（g/m2）撕破强力/kg拒水性拒水性（滚动角）/°耐水压/mm透气性/[cm3/(cm2·s)]透湿性/[g/(m2·24h)]1352.5L0=100L20=90L0=7L20=9600-7000.5≥8000JISL1096JISL1096(摆锤法)JISL喷淋法帝人法JISL1079（低水压法）JISL1079JISL（杯子法）项目指标备注面密度/（g/m2）135JISL109613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Morphodidius闪蛱蝶模仿蝴蝶翅膀的结构开发的光显色纤维（结构生色纤维）Morph14Morphodidius翅瓣结构电镜照片Morphodidius翅瓣结构电镜照片15翅瓣截面结构图入射光干射薄片翼鳞粉支撑细条横肋1.7μm1.8μm0.16μm0.08μm0.70μm0.54μm0.12μm0.14μm翅瓣截面结构图入射光干射薄片翼鳞粉支撑细条横肋1.7μm1.16显色纤维Morphotex层压结构纱示意图显色纤维Morphotex层压结构纱示意图17PET与Ny层压结构纱纺丝示意图PET与Ny层压结构纱纺丝示意图18光显色纤维截面电镜照片光显色纤维截面电镜照片19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20弹性气室微气候泵吸作用皮肤Stomatex作用示意图弹性气室微气候泵吸作用皮肤Stom21仿鲨鱼皮织物鲨鱼皮肤表面denticles鳞片结构Fastskin™游泳服所用织物仿鲨鱼皮织物鲨鱼皮肤表面denticles鳞片结构Fasts22Fastskin™织物工作原理示意图Fastskin™织物工作原理示意图23仿蜘蛛丝的研究四喷丝孔六喷丝孔喷丝套管仿蜘蛛丝的研究四喷丝孔六喷丝孔喷丝套管24蜘蛛丝的性能：(1)丝细强度高、柔韧性弹性好、耐冲击力强。

NephilaClavipes热带蜘蛛丝直径：0.74~1.16dtex；强度（6.4~8.2）N/dtex

(2)耐低温：-40℃仍有弹性。(3)生物可降解。蜘蛛丝的性能：25蜘蛛丝蛋白的合成蜘蛛蛋白丝产生的三种途径：(1)利用动物（奶牛或奶羊）来生产蜘蛛蛋白;(2)利用微生物来生产蜘蛛蛋白；(3)利用植物来生产蜘蛛蛋白。蜘蛛丝蛋白的合成蜘蛛蛋白丝产生的三种途径：26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纺织品的设计思路仿生智能纺织品27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。仿生智能纺织品28仿松果的智能纺织品仿松果的智能纺织品29纳米技术的应用拒水、防污自洁织物NanosphereTM无Nanosphere结构的织物表面Nanosphere结构的织物表面NanospereTM

织物表面结构纳米技术的应用无Nanosphere结构的织物表面Nanos30Nanosphere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Nanosphere结构织物表面水滴尘土Nanosphere31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，在生物学和技术之间架起一座桥梁，通过生物学原理的再现，寻找解决技术问题的方案。随着仿生技术、纳米技术等高新技术和纺织技术的融合，为仿生纺织品的开发提供了全新的途径，有极为广阔的发展前景。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32谢谢2006.12谢谢33仿生纺织品的设计与应用天津工业大学纺织学院顾振亚仿生纺织品的设计与应用天津工业大学纺织学院34什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”。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35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”。仿生纺织品的研究开发基于仿生的思路，模仿生物体的结构和特性，36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仿蜘蛛丝的研究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37蛾眼睛角膜表面防反射层结构蛾眼睛角膜表面防反射层结构38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39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模仿荷叶表面凹凸粗糙结构开发的超拒水织物水滴在荷叶表面形成滚40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41荷叶表面上的油性污垢也能被水滴洗除荷叶表面上的油性污垢也能被水滴洗除42疏水粗糙表面和光滑表面除尘方式比较示意图疏水粗糙表面和光滑表面除尘方式比较示意图43超拒水织物Microft-LotusMicroft®<Rectas>®结构超拒水织物Microft-LotusMicroft®<Rec44高密度棉织物耐纶塔夫绸普通高密度透湿拒水织物Microft.<Rectas>MicroftR<Rectas>拒水性的耐洗性高密度棉织物耐纶塔夫绸普通高密度透湿Microft.<Rec45项目指标备注面密度/（g/m2）撕破强力/kg拒水性拒水性（滚动角）/°耐水压/mm透气性/[cm3/(cm2·s)]透湿性/[g/(m2·24h)]1352.5L0=100L20=90L0=7L20=9600-7000.5≥8000JISL1096JISL1096(摆锤法)JISL喷淋法帝人法JISL1079（低水压法）JISL1079JISL（杯子法）项目指标备注面密度/（g/m2）135JISL109646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Morphodidius闪蛱蝶模仿蝴蝶翅膀的结构开发的光显色纤维（结构生色纤维）Morph47Morphodidius翅瓣结构电镜照片Morphodidius翅瓣结构电镜照片48翅瓣截面结构图入射光干射薄片翼鳞粉支撑细条横肋1.7μm1.8μm0.16μm0.08μm0.70μm0.54μm0.12μm0.14μm翅瓣截面结构图入射光干射薄片翼鳞粉支撑细条横肋1.7μm1.49显色纤维Morphotex层压结构纱示意图显色纤维Morphotex层压结构纱示意图50PET与Ny层压结构纱纺丝示意图PET与Ny层压结构纱纺丝示意图51光显色纤维截面电镜照片光显色纤维截面电镜照片52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53弹性气室微气候泵吸作用皮肤Stomatex作用示意图弹性气室微气候泵吸作用皮肤Stom54仿鲨鱼皮织物鲨鱼皮肤表面denticles鳞片结构Fastskin™游泳服所用织物仿鲨鱼皮织物鲨鱼皮肤表面denticles鳞片结构Fasts55Fastskin™织物工作原理示意图Fastskin™织物工作原理示意图56仿蜘蛛丝的研究四喷丝孔六喷丝孔喷丝套管仿蜘蛛丝的研究四喷丝孔六喷丝孔喷丝套管57蜘蛛丝的性能：(1)丝细强度高、柔韧性弹性好、耐冲击力强。

NephilaClavipes热带蜘蛛丝直径：0.74~1.16dtex；强度（6.4~8.2）N/dtex

(2)耐低温：-40℃仍有弹性。(3)生物可降解。蜘蛛丝的性能：58蜘蛛丝蛋白的合成蜘蛛蛋白丝产生的三种途径：(1)利用动物（奶牛或奶羊）来生产蜘蛛蛋白;(2)利用微生物来生产蜘蛛蛋白；(3)利用植物来生产蜘蛛蛋白。蜘蛛丝蛋白的合成蜘蛛蛋白丝产生的三种途径：59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纺织品的设计思路仿生智能纺织品60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。仿生智能纺织品61仿松果的智能纺织品仿松果的智能纺织品62纳米技术的应用拒水、防污自洁织物NanosphereTM无Nanosphere结构的织物表面Nanosphere结构的织物表面NanospereTM

织物表面结构纳米技术的应用无Nanosphere结构的织物表面Nanos63Nanosphere结构织物表面水滴尘土Nanosphere结构织物表面，尘土粘附于