朱美芳院士：先進(jìn)的な繊維材料を織ると美しい生活になる

図は青島即発盛寶紡績有限公司の紡績知能生産ラインがハイエンド繊維を生産している。梁孝鵬摂（新華社発）

2024年6月、嫦娥6號著陸器が攜帯した五星紅旗が月の裏側(cè)で展開に成功した。大昔から、人間は動(dòng)物の毛皮、樹皮、草葉などの天然繊維材料を利用して衣類を作って寒さを防ぎ始めた。人類社會と同期して発展している繊維材料は、一連の新技術(shù)によって新しい姿を現(xiàn)し、服を縫う生地から衣食住と生産生活の各方面に奉仕する先進(jìn)的な基礎(chǔ)材料に進(jìn)化している。

　　人類と「同い年」であり、常に革新的な実用技術(shù)を発展させている

繊維材料技術(shù)は実用的な需要から生まれた。體毛の退化に伴い、人間は亜麻、綿、羊毛、シルクなどの動(dòng)植物から繊維を抽出し、より柔軟で耐久性のある生地に精製することを?qū)Wんだ。古代インドでは綿が布に織られ、世界各地に広まった。古代エジプト人は亜麻で衣服を作った、中國のシルクは実用性と美しさを兼ね備えているだけでなく、それを絆として世界をつなぐシルクロードを形成し、貿(mào)易発展と文明交流を推進(jìn)している。これらの天然繊維は自然由來で、原材料や人工飼育で栽培された動(dòng)植物から直接取得し、一般的に吸濕性、通気性、肌への親和性、環(huán)境に優(yōu)しい特性を有し、主に紡績工業(yè)に応用されている。

天然繊維の細(xì)さと長さが不均一で、伸長能力が弱く、化學(xué)繊維技術(shù)が誕生した。1664年には、科學(xué)者は天然高分子または人工合成高分子材料を加工処理し、繊維材料を作製することを構(gòu)想していた。しかし、當(dāng)時(shí)は繊維の基本構(gòu)造についてあまり知られていなかったため、この考えは200年以上後の19世紀(jì)になって実現(xiàn)された。1891年、レーヨン（ビスコース繊維）の初製造に成功し、人類が化學(xué)繊維を製造する能力を持ち始めたことを示した。1935年、ポリアミド繊維の発明は、合成繊維の歴史を切り開いた。この繊維材料には、ナイロンというよく知られた俗稱もある。ナイロンの耐摩耗性は綿の10倍で、強(qiáng)度は綿より1-2倍高く、羊毛より4-5倍高く、何萬回もの曲げに耐えて斷裂することができ、化學(xué)安定性が強(qiáng)く、衣類、ロープなどの理想的な材料であり、多くの分野で天然繊維に迅速に取って代わる。続いて、有機(jī)二塩基酸とジオールを化學(xué)的に重縮合した合成高分子からなるポリエステル繊維（ポリエステル）、石油精製副産物であるプロピレンを原料とするポリプロピレン繊維（プロピレン）などの合成繊維が相次いで登場した。

ナイロン、ポリエステル、アクリルのほかに、よく見られる合成繊維にはアクリル、塩素、ビニル、スパンデックス、ポリオレフィンストレッチ糸などがあります。これらの繊維材料はすべて合成された高分子化合物から作られ、自然界の新種のように、その獨(dú)自の特性と優(yōu)位性で、繊維材料の応用範(fàn)囲を広げ、日常生活の中で重要な役割を果たしているだけでなく、工業(yè)生産の中で巨大な潛在力を示している。

20世紀(jì)後半、合成繊維材料は急速な発展時(shí)期を迎えた。人工合成高分子材料の大量出現(xiàn)と現(xiàn)代高分子科學(xué)の進(jìn)歩に伴い、高性能繊維は合成繊維ファミリーの新たなメンバーとして頭角を現(xiàn)しつつある。科學(xué)者たちは分子設(shè)計(jì)、高分子合成と繊維加工技術(shù)を巧みに利用して、一連の性能に優(yōu)れた先進(jìn)的な繊維材料を作り出した。例えば、炭素繊維は炭素含有量が90%以上の高強(qiáng)度高モード繊維であり、高強(qiáng)度、軽量、耐高溫特性を有し、直徑は髪の毛糸の1/10から1/12しかなく、強(qiáng)度はアルミニウム合金の4倍以上であり、航空宇宙、スポーツ器材、高速鉄道自動(dòng)車などの分野で大いに活躍している。また、芳香族ポリアミド繊維（アラミド）のように、その防弾、防火、耐化學(xué)腐食の特性で、工業(yè)防護(hù)と軍事分野で重要な地位を持っている。超高分子量ポリエチレン（UHMWPE）繊維もあり、その極めて高い強(qiáng)度と優(yōu)れた耐摩耗性能で、高強(qiáng)度ロープの第一選択となっている。

　　知覚、著用、応用が広く、新型繊維材料はSFシーンを現(xiàn)実にすることが期待されている

材料の性能だけで言えば、合成繊維は限界に達(dá)しているようだが、科學(xué)技術(shù)の発展には想像力が必要だ。多くのSF映畫では、人々が身につけている服は「七十二変」だけでなく、知恵抜群の有能なアシスタントのように、さまざまな電子製品が集積されている。材料科學(xué)が絶えず発展し、光學(xué)、電磁気學(xué)、情報(bào)技術(shù)などの他の學(xué)科と交差融合するにつれて、知能繊維材料はSFシーンを現(xiàn)実にすることが期待されている。

インテリジェント繊維材料集積センサーと各種機(jī)能材料は、外部環(huán)境の微妙な変化を鋭敏に感知し、応答することができる。このような特性は、そのマルチスケール微細(xì)構(gòu)造、獨(dú)特の光、電気、力、熱、磁気エネルギー、および柔軟性機(jī)能に由來する。これにより、攜帯型電子製品、マンマシンインターフェース電極、エネルギー貯蔵と変換設(shè)備などはすべて繊維狀知能材料に集積することができ、そして著用可能、応答可能、美化可能な柔軟性織物に編まれ、知恵モニタリング、知恵醫(yī)療、知恵交通、知恵生活などの分野で重要な役割を果たす。

新型の「非プラグイン」インテリジェント繊維を例に、それは人體とマッチングするエネルギー相互作用メカニズムに基づいて、無線エネルギー収集、情報(bào)感知と伝送などの機(jī)能を一身に集めている。この繊維で編まれたスマートテキスタイルは、従來のチップや電池に頼ることなく、発光表示、タッチなどの人的インタラクション機(jī)能を?qū)g現(xiàn)し、ウェアラブルデバイスとスマートテキスタイルのハードウェア構(gòu)造を効果的に簡素化し、現(xiàn)在のウェアラブルデバイスの「不快感」を解決することが期待されている。この畫期的な成果は、人と環(huán)境の知能対話のために新たな可能性を開き、知能繊維材料の広範(fàn)な応用の將來性を示した。將來的には、スマート繊維は生産生活の各分野との融合発展の中で、私たちがよりスマートで便利で快適な未來の生活に進(jìn)むことに伴います。

交差融合のほか、新型繊維材料も最も基礎(chǔ)的で本質(zhì)的な材料源の上で突破に努力している。科學(xué)者たちは遠(yuǎn)い月に目を向け、不思議な繊維材料である月ローム繊維を作り出した。月の土、この月面を覆う神秘的なベールは、細(xì)かい巖石、鉱物粒子、微小なガラス玉で構(gòu)成されている。その主要成分はケイ酸塩、酸化物、少量の金屬元素を含み、高溫溶融と糸引き技術(shù)を通じて、これらの成分は卓越した性能を持つ繊維材料に転化することができる。地球上では、玄武巖繊維はその優(yōu)れた力學(xué)性能、耐食性、広い動(dòng)作溫度範(fàn)囲と低熱伝導(dǎo)率で、建築、交通などの分野の重要な材料となっている。月境と地球の玄武巖鉱石は成分と性質(zhì)に驚くべき類似點(diǎn)がある。地球上の玄武巖繊維の製造技術(shù)を參考にして、月境を利用して引き延ばした繊維は月基地建設(shè)材料になり、その場の取材需要を満たすことが期待されている。「家づくり」の材料があれば、地球外に長期滯在してエネルギー開発を行うことが現(xiàn)実になり、人類が宇宙の奧底への扉を開くかもしれない。

科學(xué)技術(shù)の進(jìn)歩に伴い、新型繊維材料の研究応用は新たな段階に入っている。現(xiàn)在、科學(xué)研究者は材料科學(xué)、物理化學(xué)、電子情報(bào)、システム科學(xué)などの多學(xué)科知識を十分に利用して、絶えず新型繊維材料を創(chuàng)製して、それにかつてない性能と機(jī)能を與えている。直徑がより細(xì)く、チェーン配向がより良く、構(gòu)造欠陥がより少なく、最小エネルギーでより複雑な機(jī)能とより高性能を?qū)g現(xiàn)し、新型繊維材料の発展方向となった。性能的な飛躍に加え、將來の繊維材料は自然に対してより友好的になるだろう。人類の持続可能な発展、生物系繊維、生分解性繊維の革新的な開発に基づいて、環(huán)境汚染問題を解決するために新しい構(gòu)想を提供する。

一本の繊維が、人類の発展を目撃し、未來の生活につながっている。天然繊維の素樸さから合成繊維の多様性、そしてスマート繊維の奇妙さまで、繊維材料の技術(shù)革新は人類の生活に新たな色を加え、新たな驚きをもたらしている。現(xiàn)在、繊維材料科學(xué)はすでに多學(xué)科交差の研究最前線となり、繊維技術(shù)も現(xiàn)代工業(yè)発展の重要な構(gòu)成部分となっている。私たちは、より多くの先進(jìn)的な繊維材料が生産生活に便利さをもたらし、我が國の産業(yè)のモデルチェンジとグレードアップに動(dòng)力を注入することを期待している。（著者：朱美芳）

（著者は中國科學(xué)院院士、東華大學(xué)材料科學(xué)?工學(xué)學(xué)院院長）

出所：「人民日報(bào)」（2024年08月16日第20版）