在自然界中,有很多可根据环境而改变颜色的动植物“伪装高手”,人们在惊叹的同时也积极在自然界中汲取灵感,努力开发具有“变色”功能的材料。
与大多数处于研发阶段的变色材料不同,智能变色纺织材料目前应用前景最为广泛,且部分材料已经产业化并出现在日常生活中。天津工业大学纺织科学与工程学院教授马晓光表示,智能变色纺织材料具有独特的智能可逆变色特性,在保持纺织制品基础功能的同时,将功能、时尚融为一体,深受市场青睐。
“智能变色纺织材料是一种能对外界环境因素的变化作出响应的智能纺织品。”马晓光介绍说,将变色材料添加到纺织材料中,纺织材料的颜色在受到光源、温度等外界环境因素刺激后发生可逆性变化,从而营造出绚丽多彩的视觉效果。
智能变色纺织材料之所以能像“变色龙”一样善变,其奥秘主要来自于机敏变色材料。外界环境因素的变化,诱导变色材料的分子结构产生重排、开环闭环、互变异构等变化,导致分子结构中的共轭体系发生改变,从而在表观上使材料变换颜色。因机敏变色材料不同,智能变色纺织材料主要可分为光致变色纺织材料和热致变色纺织材料。
研发制备智能变色纺织材料并不是把机敏变色材料和纺织材料做个简单的加法,而是将机敏变色材料与纺织材料结合,有浸渍法、填充纤维法、涂层法、夹层法、交联法等多种技术路线,以及相应的加工工艺。
马晓光举例说,目前这几种结合方式各有利弊:浸渍法是将织物浸渍在由机敏材料制成的分散液中,使机敏材料吸附在织物上,虽然简单易操作,但产品牢度较差、不耐洗,一般仅供一次性使用;填充纤维法是将机敏材料填充到中空纤维之中,再纺织制成智能织物,可保持较高的智能变色效果,但填充工艺复杂、成本高,给实际生产带来一定困难。
“目前智能变色纺织品的应用领域非常广阔,比如在时装界,特别是近些年越来越多的国际时装品牌开始尝试将热致变色材料应用于成衣设计中,将智能变色与服装设计相结合。”马晓光介绍道。
“在一般的民用服装领域,我们将智能变色服装同传感器件相结合还能达到情感表达、健康监测等目的。”马晓光说,比如设计成可监测耐力及运动员皮肤温度的运动衣,就可以通过衣服颜色的变化实时掌握运动员的身体疲劳程度。
变色材料在疾病诊断等方面的应用也引起了人们极大兴趣。人体各部位温度是疾病诊断的重要依据,科学家采用液晶类热致变色材料,设计出可对人体温度进行灵敏监测的纺织贴片,用于血液循环变化等的早期检测。
“总体来看,智能变色纺织品在国内外还处于研发推广之中,由于机敏变色材料种类及应用技术的限制,大范围产业化还需时日。”马晓光解释说,可以产生变色效果的材料有很多种,但可供选择用于制备智能可逆变色纺织品的机敏变色材料很少。
目前的变色材料普遍存在颜色变化范围窄的缺陷,大多在同一冷暖色调内变化,或仅在同类色区域内颜色深度发生变化。
马晓光课题组将优化的专用染料与基础变色体系结合,设计构架了一种热致变色材料与专用染料的复合体系。这种新型热致变色材料的颜色可以在不同冷暖色调之间可逆变化,表现出更宽的颜色变化范围和丰富的热致变色色谱。
在上述研究基础上,马晓光课题组又研发出一种能连续变换几种颜色的热致变色体系,实现了对热致变色纺织品变色温度和变色色泽的控制,开发出变色色谱广、色差明显、精度高的新型热致变色纺织品。