香港理工大学(理大)和荷兰埃因霍分理工大学 (Eindhoven University of Technology) 的纺织科学家们合作研发了一种特殊改性棉纤维,这种纤维可以从湿润的空气中吸收达自重340%的水分,而神奇的是,这种改性后的棉纤维会随着温度的上升而自动释放出收集的水分。此棉纤维相信能被广泛应用于沙漠地区,以解决缺水及农业灌溉等问题。
这项研究突破由理大纺织及制衣学系讲座教授兼系主任忻浩忠教授、他督导的博士毕业生杨恒锐博士与埃因霍分理工大学Catarina Esteves博士一同进行。这项研究成果将于科学杂志《先进材料》(Advanced Materials) 的2013年第8期2月号刊登。 杨恒锐博士于2008年获得李震之奖学金在理大攻读博士,并于2012毕业,现于澳洲墨尔本继续其研究工作。
研究小组把一种名为PNIPAAm高分子修饰在普通的棉布表面上。低温时 (低于34°C) 在电镜下可观测到改性后的棉纤维拥有像海绵一样的微观结构,这一结构使其具有超强的吸水能力,能从湿润的空气中吸收达自重340% 的水分,而未经修饰的普通棉纤维仅能吸湿18%。当温度上升 (高于34°C),改性后的棉纤维会自动转变为疏水状态,其海绵状的微观结构此时收缩闭合起来,低温下吸收的水分也被完全释放出来。并且研究表明这个‘吸收 - 释放’过程可以多次重复。
研究小组的灵感来自大自然界的现象,例如沙漠中的甲壳虫可以收集雾水和晨露并以此为水源、蜘蛛利用蛛网捕捉雾水;从而研发出能蓄集雾水的棉布。这一新颖的棉布可以轻松地通过日夜温差来吸收环境中的水分,预期有助解决沙漠或山区等地区之供水问题。
此外,棉布既便宜又是垂手可得的材料,用PNIPAAm高分子对其表面进行修饰仅仅增加了少量的成本约12%,便可使全新的应用得以实现。
目前被应用于山区和沿海干旱地区的‘捕雾网’,与这改性棉布有相似的效果,但其科学原理就截然不同。雾气在‘捕雾网’上形成水滴,然后滴落到地上或容器里,这些水滴的形成完全依赖于强劲的空气流动,也就是风。理大联合研究小组研发的棉布却不需要有风,它可以被放置在任何需要水的地方,比如耕作的农田上。
除农业用途外,联合研究小组还在考虑将其应用于能夜晚收集水的露营帐篷,或是能保持干爽的运动服上。
香港理工大学和埃因霍分理工大学的研究小组正在努力进行下一步的工作,使这项崭新的材料更为优化和完善,例如增加吸水的总量,以及调低吸水和释放水的转变温度等。
(完)