香港理工大學(理大)和荷蘭埃因霍分理工大學 (Eindhoven University of Technology) 的紡織科學家們合作研發了一種特殊改性棉纖維,這種纖維可以從濕潤的空氣中吸收達自重340%的水分,而神奇的是,這種改性後的棉纖維會隨著溫度的上升而自動釋放出收集的水分。此棉纖維相信能被廣泛應用於沙漠地區,以解決缺水及農業灌溉等問題。
這項研究突破由理大紡織及制衣學系講座教授兼系主任忻浩忠教授、他督導的博士畢業生楊恒銳博士與埃因霍分理工大學Catarina Esteves博士一同進行。這項研究成果將於科學雜誌《先進材料》(Advanced Materials) 的2013年第8期2月號刊登。 楊恒銳博士於2008年獲得李震之獎學金在理大攻讀博士,並於2012畢業,現於澳洲墨爾本繼續其研究工作。
研究小組把一種名為PNIPAAm高分子修飾在普通的棉布表面上。低溫時 (低於34°C) 在電鏡下可觀測到改性後的棉纖維擁有像海綿一樣的微觀結構,這一結構使其具有超強的吸水能力,能從濕潤的空氣中吸收達自重340% 的水分,而未經修飾的普通棉纖維僅能吸濕18%。當溫度上升 (高於34°C),改性後的棉纖維會自動轉變為疏水狀態,其海綿狀的微觀結構此時收縮閉合起來,低溫下吸收的水分也被完全釋放出來。並且研究表明這個「吸收 - 釋放」過程可以多次重覆。
研究小組的靈感來自大自然界的現象,例如沙漠中的甲殼蟲可以收集霧水和晨露並以此為水源、蜘蛛利用蛛網捕捉霧水;從而研發出能蓄集霧水的棉布。這一新穎的棉布可以輕鬆地通過日夜溫差來吸收環境中的水分,預期有助解決沙漠或山區等地區之供水問題。
此外,棉布既便宜又是垂手可得的材料,用PNIPAAm高分子對其表面進行修飾僅僅增加了少量的成本約12%,便可使全新的應用得以實現。
目前被應用於山區和沿海乾旱地區的「捕霧網」,與這改性棉布有相似的效果,但其科學原理就截然不同。霧氣在「捕霧網」上形成水滴,然後滴落到地上或容器裡,這些水滴的形成完全依賴於強勁的空氣流動,也就是風。理大聯合研究小組研發的棉布卻不需要有風,它可以被放置在任何需要水的地方,比如耕作的農田上。
除農業用途外,聯合研究小組還在考慮將其應用於能夜晚收集水的露營帳篷,或是能保持乾爽的運動服上。
香港理工大學和埃因霍分理工大學的研究小組正在努力進行下一步的工作,使這項嶄新的材料更為優化和完善,例如增加吸水的總量,以及調低吸水和釋放水的轉變溫度等。
(完)