王健

　　大纖維是基於材料
、信息、機電、生物、能源等學科領域的技術突破與交叉融合，以“智能，超能

，綠色”為特征，具有多功能、多結構、多組分特性，對眾多產業集群起到高滲透性、顛覆性、革命性提升效果的新一代纖維（見《大纖維產業技術發展白皮書》，2018年9月）。

　　目前，一個以先進纖維材料為基礎，具備多組分、多結構和多功能特點，能夠感知、計算、儲能、通信、執行的新型智能纖維家族已經開始出現並走向市場
，複旦、浙大、東dong華hua等deng高gao校xiao和he研yan究jiu機ji構gou均jun有you類lei似si技ji術shu和he產chan品pin研yan發fa
，甚shen至zhi有you人ren已yi經jing注zhu冊ce公gong司si進jin行xing小xiao規gui模mo製zhi造zao。比bi如ru
，中zhong科ke院yuan蘇su州zhou納na米mi所suo李li清qing文wen團tuan隊dui正zheng在zai研yan發fa基ji於yu碳tan納na米mi管guan的de高gao性xing能neng納na米mi纖xian維wei
，致zhi力li於yu使shi用yong新xin的de具ju備bei超chao級ji性xing能neng的de纖xian維wei品pin種zhong取qu代dai被bei日ri本ben壟long斷duan的de碳tan纖xian維wei。另ling外wai，香xiang港gang理li工gong大da學xue陶tao肖xiao明ming團tuan隊dui正zheng開kai發fa基ji於yu纖xian維wei的de智zhi能neng可ke穿chuan戴dai技ji術shu，致zhi力li於yu通tong過guo纖xian維wei解jie決jue發fa電dian、傳感和通信問題，下一代可穿戴設備將在高性能織物裏麵集成這些功能，從而實現從外掛到內嵌再到內生的跨越。

　　大纖維：

　　跨領域、跨學科的交叉融合特性

　　大纖維具有與生俱來的跨領域
、跨學科的交叉特性。其理論基礎和技術路線也呈現百花齊放的勃勃生機。如在結構優化理論指導下
，發展基於光纖的多材料、多結構的多功能智能纖維
；在納米理論指導下，發展基於碳納米管、石墨烯的高功能纖維；在高分子設計理論指導下，從分子結構上開發超高性能纖維；在合成生物學理論指導下，通過轉基因技術創造高性能生物纖維等。

　　跨領域、kuaxuekedejiaocharonghejiangdanshengxuduowanquanzhanxindexianweipinzhong，qizhongyouxiangdangdabilidexianweipinzhongyouzhejudadeshangyejiazhi
，geixiayouxuduochanyedailaishenkedeyingxiang
，bingconggenbenshanggaibianzhexiechanyedeshengtai
，congerdanshengyigepangdadexinxingchanyejiqun。womenbadaxianweixiangguanjishu
、產品和圍繞下遊豐富應用所形成的新產業集群叫作大纖維產業。

　　近年來，大纖維產業發展勢頭初現
，跨領域、跨學科的新型智能纖維家族正在不斷“增員”中。MIT（美國麻省理工學院）陳剛教授開發的高導熱率纖維顛覆了傳統高分子材料絕熱理論，通過拉伸重構，使纖維中聚合物鏈有序排列
，獲得了具有“理想”單晶結構和高導熱率的纖維
；斯坦福大學的教授從功能需求出發
，基於物理原理研發出由矽納米線電池負極
、納米高分子纖維製作的PM2.5過濾膜和納米多孔聚乙烯布料；長勝紡織科技發展（上海）有限公司釆用冷轉印技術精確定量以印代染，顛覆了幾千年來大量使用稀釋染液的印染工藝，實現基本無水耗
、無排放印染，而且可直接在織物上印染高精密功能線條和圖案，成為發展智能化電子織物產業化的平台級技術。

　　同(tong)時(shi)
，大(da)纖(xian)維(wei)技(ji)術(shu)突(tu)破(po)了(le)原(yuan)有(you)技(ji)術(shu)的(de)製(zhi)造(zao)瓶(ping)頸(jing)。幾(ji)十(shi)年(nian)來(lai)
，蜘(zhi)蛛(zhu)絲(si)用(yong)傳(chuan)統(tong)化(hua)學(xue)合(he)成(cheng)理(li)論(lun)和(he)方(fang)法(fa)一(yi)直(zhi)無(wu)法(fa)製(zhi)造(zao)出(chu)來(lai)。如(ru)今(jin)
，應(ying)用(yong)生(sheng)物(wu)合(he)成(cheng)理(li)論(lun)
，通(tong)過(guo)蜘(zhi)蛛(zhu)基(ji)因(yin)調(tiao)控(kong)家(jia)蠶(can)和(he)細(xi)菌(jun)的(de)蛋(dan)白(bai)質(zhi)分(fen)子(zi)，高(gao)性(xing)能(neng)的(de)蜘(zhi)蛛(zhu)絲(si)已(yi)經(jing)實(shi)現(xian)量(liang)產(chan)。這(zhe)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)自(zi)尼(ni)龍(long)問(wen)世(shi)以(yi)來(lai)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)紡(fang)織(zhi)材(cai)料(liao)進(jin)步(bu)。

　　相比鋼材、塑料等傳統材料，大纖維在柔韌性、輕量化、多功能、高性能、綠色化和智能化等方麵有明顯的差異化優勢。在汽車和飛機製造等高性能鋼材的傳統優勢應用領域
，為達到更高的柔韌性、輕量化和高能效，纖維複合材料所占比例已越來越高。2018年底
，有媒體報道了一個智能碳纖維汽車車身的實例，既實現車身輕量化，又能根據風阻變形。碳纖維車身用3D技術（完全省掉了裁剪、衝壓、焊接等金屬加工工序）fuhezhicheng
，bingzaizhiwuzhonghunhelejuyoutaiyangnengfadiangongnengdexianwei，kequdaibufendianchi，duogongnengtanxianweidecaiyongshizhengchexingjiabidadatigao。zheshihendianxingdedaxianweibufenqudaichuantongcailiaodeyingyonganli。

　　實際上，曆次工業革命都離不開對人和人造係統關係的重新定義，圍繞“以人為本”展開。眾所周知
，人體70%以yi上shang的de組zu織zhi由you纖xian維wei構gou成cheng。擁yong有you生sheng物wu相xiang容rong性xing的de綠lv色se纖xian維wei疊die加jia了le智zhi能neng和he多duo功gong能neng要yao素su之zhi後hou，所suo形xing成cheng的de新xin一yi代dai智zhi能neng可ke穿chuan戴dai係xi統tong或huo人ren體ti植zhi入ru式shi係xi統tong，可ke以yi以yi最zui安an全quan、最輕便、最有效的方式采集人體數據、監測人體健康
、施加有效影響並幫助人提升健康和運動水平。基於所采集的數據形成的“數字人”
，將成為人工智能社會裏最重要的資產之一。隻有到了這個階段
，社會數字化才真正實現，而大纖維將成為人體世界
、實體物理世界和虛擬信息世界之間最佳的橋梁。

　　編材製造：

　　從原子到超係統的多層次創新製造技術

　　美國物理學家費曼提出過一個著名的問題：“假如原子能夠按照我們設想的方式來排列
，那麼材料將有怎樣的性質？”這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)啟(qi)示(shi)高(gao)分(fen)子(zi)科(ke)學(xue)家(jia)們(men)要(yao)走(zou)出(chu)傳(chuan)統(tong)高(gao)分(fen)子(zi)的(de)範(fan)疇(chou)，將(jiang)可(ke)控(kong)的(de)分(fen)子(zi)不(bu)均(jun)一(yi)性(xing)及(ji)其(qi)相(xiang)關(guan)的(de)精(jing)確(que)結(jie)構(gou)引(yin)入(ru)合(he)成(cheng)高(gao)分(fen)子(zi)，拓(tuo)展(zhan)合(he)成(cheng)高(gao)分(fen)子(zi)的(de)基(ji)本(ben)結(jie)構(gou)
，實(shi)現(xian)更(geng)為(wei)精(jing)密(mi)的(de)功(gong)能(neng)化(hua)。在(zai)美(mei)國(guo)工(gong)程(cheng)院(yuan)程(cheng)正(zheng)迪(di)院(yuan)士(shi)等(deng)人(ren)撰(zhuan)寫(xie)的(de)《巨型分子：化學、物理學和生物科學的交彙》一文中提出“From structure to function（從結構到功能）”的de觀guan點dian
，提ti示shi我wo們men要yao從cong結jie構gou思si考kao發fa展zhan到dao關guan於yu功gong能neng性xing的de考kao量liang。比bi如ru

，紗sha布bu過guo去qu隻zhi是shi用yong於yu包bao紮zha傷shang口kou，但dan用yong大da纖xian維wei來lai開kai發fa的de智zhi能neng紗sha布bu除chu了le包bao紮zha傷shang口kou之zhi外wai還hai有you消xiao炎yan
、治療功能，並可與遠程醫療係統連接，在線監測病人情況。

　　上shang述shu兩liang位wei科ke學xue家jia的de思si想xiang啟qi示shi我wo們men，在zai物wu理li層ceng次ci上shang
，關guan於yu大da纖xian維wei的de討tao論lun絕jue不bu應ying僅jin僅jin著zhe眼yan於yu纖xian維wei和he織zhi物wu這zhe樣yang的de中zhong觀guan層ceng麵mian，還hai應ying該gai向xiang微wei觀guan進jin發fa
，下xia探tan到dao分fen子zi和he原yuan子zi的de基ji本ben層ceng次ci，同tong時shi向xiang宏hong觀guan擴kuo展zhan
，上shang升sheng到dao器qi件jian和he係xi統tong、甚至超係統（係統之係統）的層次。因此
，大纖維的物理層次包括7層，分別是：原子—分子（鏈）—纖維—織物—器件—係統—超係統。

　　過(guo)去(qu)，我(wo)們(men)較(jiao)多(duo)從(cong)纖(xian)維(wei)的(de)結(jie)構(gou)特(te)點(dian)和(he)彼(bi)此(ci)之(zhi)間(jian)的(de)聯(lian)結(jie)關(guan)係(xi)出(chu)發(fa)指(zhi)向(xiang)具(ju)體(ti)功(gong)能(neng)。現(xian)在(zai)，我(wo)們(men)則(ze)從(cong)需(xu)求(qiu)出(chu)發(fa)
，確(que)定(ding)功(gong)能(neng)性(xing)，再(zai)來(lai)設(she)計(ji)纖(xian)維(wei)結(jie)構(gou)
，必(bi)要(yao)時(shi)可(ke)以(yi)多(duo)組(zu)分(fen)、多結構融合獲取所需要的功能。

　　大(da)纖(xian)維(wei)兼(jian)具(ju)材(cai)料(liao)技(ji)術(shu)革(ge)命(ming)與(yu)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)革(ge)命(ming)的(de)雙(shuang)重(zhong)意(yi)義(yi)。其(qi)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)現(xian)有(you)的(de)紡(fang)織(zhi)和(he)其(qi)他(ta)先(xian)進(jin)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)，並(bing)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)出(chu)新(xin)的(de)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)
，在(zai)從(cong)原(yuan)子(zi)到(dao)超(chao)係(xi)統(tong)的(de)各(ge)個(ge)層(ceng)麵(mian)進(jin)行(xing)製(zhi)造(zao)活(huo)動(dong)。如(ru)在(zai)原(yuan)子(zi)和(he)分(fen)子(zi)層(ceng)麵(mian)的(de)基(ji)因(yin)編(bian)輯(ji)技(ji)術(shu)或(huo)生(sheng)物(wu)合(he)成(cheng)技(ji)術(shu)，雜(za)化(hua)和(he)各(ge)類(lei)聚(ju)合(he)物(wu)分(fen)子(zi)合(he)成(cheng)技(ji)術(shu)（纖維和基質用聚合物
、碳纖維前體、陶瓷纖維
、纖維素和生物高聚物等）
；在纖維和紗線層麵，有濕式或幹式紡技術
、熔融紡技術、雙組分紡技術、非織造技術、短纖維技術和精密卷繞技術等；在織物和結構層麵，有間隔技術、編織
、編帶、機織

、針織
、編織連接、組織工程、膜技術、編織擠拉
、結構卷繞技術等；在功能化和器件層麵，有溶膠-凝膠技術、染整技術、數字印刷技術、納米技術

、物理和化學方法、塗層、電子元件集成
、傳感和執行特性的開發等；在智能係統和超係統層麵
，有建模仿真、虛擬化

、自動化與機器人
、3D打印（增材製造）、數字化、智能化、綠色和可持續製造技術等。

　　此ci外wai，大da纖xian維wei對dui沿yan襲xi了le幾ji千qian年nian的de紡fang織zhi及ji其qi製zhi造zao工gong藝yi具ju有you顛dian覆fu性xing意yi義yi，如ru多duo材cai料liao智zhi能neng纖xian維wei可ke用yong紡fang紗sha手shou段duan製zhi造zao，多duo功gong能neng織zhi物wu可ke用yong織zhi造zao和he印yin刷shua手shou段duan製zhi造zao，高gao性xing能neng織zhi物wu可ke以yi用yong複fu合he和he混hun合he手shou段duan製zhi造zao。

　　大纖維所對應的製造工藝技術體係，容納了紡織工程常見的等材製造方法、常規材料加工所用的減材製造方法、以3D打印和機器人為代表的增材製造或數字建造方法。另外，還有許多非常規的創新的製造工藝和方法有待我們進一步研究和開發。

　　可以說，基於大纖維的從原子到超係統的新製造技術體係極大地豐富了製造手段，有望成為繼以機床為代表的減材製造和以3D打印為代表的增材製造之後的
，又一類有著重要意義和極高價值的製造模式。大纖維產業工作組的專家們首次創新地稱之為“編材製造”。 這個“編”字，既反映了傳統意義上的纖維和紗線層麵上的紡製和編織
，又反映了在分子甚至原子層麵的編輯和剪裁

；既反映了在織物和器件層麵上的集成和結構化
，又反映了在係統和超係統層麵上的多維數字化編程
，賦予對象自動化和智能化的屬性。

　　與大纖維相關的以編材製造命名的新製造技術體係，不僅涵蓋了常規的等材製造、減材製造和新興的數字化增材製造技術，而且包含了大量創新的尖端的製造工藝和技術。所謂“一代材料、一代工藝、一代裝備”，對編材製造工藝技術的研究和掌握
，以及相應研發、製造、測試和驗證裝備的開發，是大纖維最終走向產業應用的必由之路，同時也是一片新的製造業“藍海”。

　　（作者係中國科技自動化聯盟秘書長、大纖維產業工作組組長）

　　《中國冶金報》（2019年08月07日 03版三版）