材料發(fā)明：哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)了用于紡織品的3D打印形狀記憶羊毛樣材料

　　哈佛大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種具有形狀記憶的可生物降解且可持續(xù)的羊毛狀材料，可以對(duì)其進(jìn)行3D打印，以創(chuàng)建新穎的紡織品和其他產(chǎn)品。

　　哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了這種生物材料，該材料是由回收材料制成的。可以將材料3D打印為任何形狀，并使用可逆形狀記憶進(jìn)行預(yù)編程。

　　這項(xiàng)發(fā)明意義重大，不僅因?yàn)檠芯咳藛T創(chuàng)造的材料是利用紡織業(yè)的剩余廢物制造的，而且還可以幫助產(chǎn)生大量廢物的該產(chǎn)業(yè)變得更具可持續(xù)性。

　　該小組由SEAS生物工程與應(yīng)用物理教授Kit Parker領(lǐng)導(dǎo)，從剩余的Agora和馬海毛中提取的角蛋白開(kāi)發(fā)了材料。角蛋白是一種在頭發(fā)，指甲和貝殼中發(fā)現(xiàn)的纖維蛋白，還用于許多皮膚和頭發(fā)護(hù)理產(chǎn)品中。

　　帕克在一份新聞聲明中說(shuō)：“通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，我們證明了我們不僅可以回收羊毛，而且可以用從未想象過(guò)的回收羊毛來(lái)制造東西。這對(duì)自然資源的可持續(xù)性產(chǎn)生了影響。清除。”

　　形狀記憶解決方案

　　SEAS的博士后研究員Luca Cera解釋說(shuō)，研究小組開(kāi)發(fā)的材料可以加工成纖維或3D紡織品，并且像人的頭發(fā)一樣具有由水觸發(fā)的形狀記憶特性。

　　形狀記憶意味著材料既可以具有永久形狀也可以具有臨時(shí)形狀，這對(duì)于開(kāi)發(fā)更通用的服裝很有用。

　　Cera告訴《設(shè)計(jì)新聞》，“可以在特定的刺激下賦予材料任意和臨時(shí)的形狀” 。“一旦去除刺激，材料將保持暫時(shí)的形狀。如果再次施加刺激，材料將記住該永久形狀并動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)換為永久形狀。”

　　他說(shuō)，這一特性可以應(yīng)用于服裝業(yè)，以制造出一種可以適應(yīng)人體尺寸的全碼尺的服裝，“從而提高了啤酒店或運(yùn)動(dòng)服等服裝的舒適度”。

　　Cera補(bǔ)充說(shuō)：“吸能設(shè)備是另一種應(yīng)用，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)更舒適的防護(hù)裝備。”

　　重大問(wèn)題

　　他向《設(shè)計(jì)新聞》解釋說(shuō)，由于角蛋白蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的重新排列，角蛋白具有固有的形狀記憶特性，“更具體地說(shuō)，它是從α螺旋轉(zhuǎn)變?yōu)棣抡郫B的” 。

　　Cera解釋說(shuō)：“這種轉(zhuǎn)變可能在負(fù)載下發(fā)生，并在有水的情況下觸發(fā)。” “我們以保留角蛋白的天然原纖維和分層結(jié)構(gòu)的方式設(shè)計(jì)了這種材料，以便在所有長(zhǎng)度范圍內(nèi)以各向異性的方式組織α螺旋，并允許出現(xiàn)形狀記憶機(jī)制。”

　　為了證明這一過(guò)程，研究人員通過(guò)3D打印各種形狀的角蛋白片，并使用過(guò)氧化氫和磷酸一鈉溶液對(duì)材料的永久形狀進(jìn)行編程。這是材料在去除改變它的刺激之后將始終返回的形狀。

　　設(shè)置好內(nèi)存后，研究人員發(fā)現(xiàn)他們可以對(duì)板材進(jìn)行重新編程并將其成型為新的形狀。

　　研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)測(cè)試是將一張角蛋白薄片折疊成一個(gè)復(fù)雜的折紙恒星，作為其永久形狀。然后，他們將恒星浸入水中，將其展開(kāi)并產(chǎn)生延展性，然后將其卷成緊密的管，然后干燥成穩(wěn)定的形狀。然后，他們將試管放回水中以逆轉(zhuǎn)該過(guò)程，將試管展開(kāi)并動(dòng)態(tài)折疊成折紙星。

　　該小組在《自然材料》雜志上發(fā)表了一篇有關(guān)其工作的論文。

　　未來(lái)的應(yīng)用

　　帕克告訴我們，研究人員目前正在與運(yùn)動(dòng)服裝制造商討論如何將這種材料應(yīng)用于時(shí)尚。

　　他告訴《設(shè)計(jì)新聞》說(shuō)：“在服裝中有多種應(yīng)用可以適應(yīng)這些可持續(xù)，智能材料所能達(dá)到的各種環(huán)境。”

　　Parked補(bǔ)充說(shuō)，研究小組正在關(guān)注的材料的其他應(yīng)用是在心血管再生醫(yī)學(xué)中。

　　從材料工程的角度來(lái)看，研究人員計(jì)劃將形狀記憶系統(tǒng)的響應(yīng)能力從水?dāng)U展到其他觸發(fā)因素，例如光，熱或化學(xué)信使，Cera告訴我們。

　　他告訴《設(shè)計(jì)新聞》：“我們未來(lái)的研究工作還將集中在紡織品和薄紙工程中的更具體應(yīng)用上，并基于我們的形狀記憶技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能齊全的設(shè)備。”