傳統(tǒng)纖維構(gòu)造并連接實體世界；現(xiàn)代纖維構(gòu)造并連接實體世界和數(shù)字世界；未來纖維即大纖維，將一體化構(gòu)造實體和數(shù)字世界，并與人體無縫連接，推動人類進入更加文明的智能社會！
朱美芳教授
東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長
纖維材料改性國家重點實驗室主任
自古以來，纖維就與人類生活密切相關(guān)，人類與纖維的親密接觸可謂是365天24小時不間斷。最早，人類衣禽獸之羽皮，治麻絲以為布帛，去皮服布，廣泛使用棉、麻、絲、毛等天然纖維。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人造纖維、合成纖維應(yīng)運而生，化學(xué)纖維工業(yè)得到快速發(fā)展，纖維日益深刻地改變著人們的生活。現(xiàn)今，纖維學(xué)科正經(jīng)歷著革命性的進步和發(fā)展，纖維材料逐漸超越穿衣和美感等傳統(tǒng)概念，朝著超性能化、智能化、綠色化方向迅猛發(fā)展，纖維的應(yīng)用領(lǐng)域得到進一步拓展，大纖維的概念也應(yīng)運而生，不僅影響人們的生活，對科技、產(chǎn)業(yè)、國家的發(fā)展都有著舉足輕重的作用。那么，究竟什么是大纖維？大纖維對科技、產(chǎn)業(yè)、國家乃至個人生活有什么意義？中國發(fā)展大纖維面臨什么機遇和挑戰(zhàn)？有什么對策，需要采取什么行動？下面筆者就圍繞以上幾個問題展開，跟大家談一談未來的纖維世界。
初識芳顏——什么是大纖維
在半導(dǎo)體行業(yè)，人們對Smaller（小）的追求是無止境的，器件每縮小1納米都需要百億千億的投入。20世紀60年代美國物理學(xué)家費曼曾說過：“There is plenty of room at the bottom（在這底下還有很大的空間）！边@是納米科技的起源。Fiber（纖維）和Nano（納米）有極高的可對比性，相互交叉但又互不隸屬。所有的器件都在追求Thinner、Stronger、Smaller、Cheaper（更薄、更強、更小、更便宜），而纖維的本質(zhì)屬性在長遠來看非常契合人們對器件的終極需求，是連接微觀和宏觀最好的媒介。
隨著纖維學(xué)的進步，現(xiàn)今的纖維材料在強度、阻燃性、電學(xué)等性能上已發(fā)生了本質(zhì)改變。新一代纖維已成為紡織織造、電子織物、智能織物和其他先進織物的基礎(chǔ)，這種基于纖維的高性能復(fù)合材料深度融合了光機電集成、紅外傳感、網(wǎng)絡(luò)信息、智能化等技術(shù)，集成了數(shù)據(jù)傳輸、能量存儲等全新應(yīng)用，是新一代纖維產(chǎn)品，國際上也稱為“革命性紡織纖維”，它超越了穿衣和美感等傳統(tǒng)概念。
因此，大纖維是基于材料、信息、機械、生物等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)突破與交叉融合，以智能、超性能、綠色為特征，具有多功能、多結(jié)構(gòu)、多材料特性，能夠?qū)鹘y(tǒng)產(chǎn)業(yè)集群起到高滲透性、顛覆性、革命性提升效果的新一代纖維。其中，智能纖維是指能夠感知外界環(huán)境（機械、熱、化學(xué)、光、濕度、電磁等）或內(nèi)部狀態(tài)所發(fā)生的變化，并能做出響應(yīng)的纖維。智能纖維能夠模擬人體生命系統(tǒng)，同時具有感知和反應(yīng)雙重功能，不但可以撬動傳統(tǒng)時尚產(chǎn)業(yè)，在賦予紡織品新時尚的同時，還給予常規(guī)紡織品遠不能及的額外功能。而超性能纖維一般是指具有特殊的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能和用途，或具有特殊功能的化學(xué)纖維。如耐強腐蝕、低磨損、耐高溫、耐輻射、抗燃、耐高電壓、高強度高模量、高彈性、反滲透、高效過濾、吸附、離子交換、導(dǎo)光、導(dǎo)電以及多種醫(yī)學(xué)功能。近年來超性能纖維在創(chuàng)新中不斷發(fā)展，提供了“量身定制”的更輕便、更舒適、并附加各種功能的產(chǎn)品，促進了眾多產(chǎn)業(yè)特別是航空航天和國防軍工的飛躍式發(fā)展。綠色纖維是紡織產(chǎn)業(yè)發(fā)展的客觀要求，未來經(jīng)濟發(fā)展中“綠色”只會越來越重要。目前綠色纖維主要包括循環(huán)再利用化學(xué)纖維、原液著色化學(xué)纖維（無染纖維的一種）以及生物基化學(xué)纖維。
大纖維面向未來智能社會發(fā)展，具有新技術(shù)融合度高、跨行業(yè)領(lǐng)域多、輻射范圍廣等特點，是先進制造業(yè)與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要突破口，是國民經(jīng)濟、科技發(fā)展和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)戰(zhàn)略材料，是一項需要政府推動、前瞻布局的新興產(chǎn)業(yè)。
再探芳心——大纖維與紡織的區(qū)別
如何說清大纖維與紡織業(yè)的本質(zhì)區(qū)別？可從手機講起，手機問世之初只是一個移動的語音通訊工具，但從iPhone之后，智能手機逐漸演化為巨大技術(shù)和社會系統(tǒng)的移動終端，而語音通訊則弱化為其附屬功能。再如汽車，在逐步向智能化、無人化發(fā)展中，也將從交通工具變成智能交通信息系統(tǒng)中的一個移動智能裝置。
傳統(tǒng)紡織在纖維基礎(chǔ)上研究、開發(fā)和制造各種織物，盡管紡織產(chǎn)品現(xiàn)在已從最基本的服飾功能向結(jié)構(gòu)、功能甚至智能發(fā)展，性能不斷提高，但只是注重于紡織品本身。而大纖維則是注重研究、開發(fā)和制造纖維和織物形態(tài)的功能/智能器件和系統(tǒng)，從功能和系統(tǒng)的目標去研究開發(fā)材料，所以大纖維雖帶有紡織的基因但發(fā)展思路和方向卻是截然不同的。
費曼的著名問題：“假如原子能夠按照我們設(shè)想的方式來排列，那么材料將會有怎么樣的性質(zhì)？”啟示高分子科學(xué)家們要走出傳統(tǒng)高分子的范疇，將可控的分子不均一性及其相關(guān)的精確結(jié)構(gòu)引入合成高分子，拓展合成高分子的基元結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)其更為精密的功能化。
在程正迪院士等撰寫的“巨型分子：化學(xué)、物理學(xué)和生物科學(xué)的交匯”一文中進一步強調(diào)“From structure to function”（以結(jié)構(gòu)制功能）的思想。比如，紗布過去只是用于包扎傷口，但用大纖維來開發(fā)智能紗布除了包扎傷口之外還可消炎治療，并與遠程醫(yī)療系統(tǒng)連接在線監(jiān)測病人狀況。再如，陳剛等人開發(fā)的高導(dǎo)熱率纖維則顛覆了傳統(tǒng)高分子材料絕熱理論，用分子結(jié)構(gòu)調(diào)控方法產(chǎn)生纖維的有序排列，不但具有結(jié)構(gòu)性能還有導(dǎo)熱等功能。目前，廣為應(yīng)用的硅納米線電池負極、納米纖維PM2.5過濾膜和納米多孔聚乙烯布料都是結(jié)合功能需求和物理原理研發(fā)出來的納米纖維產(chǎn)品。幾十年來，用傳統(tǒng)化學(xué)合成理論和方法一直無法制造出蜘蛛絲，現(xiàn)在采用生物合成理論，用蜘蛛基因調(diào)控家蠶和細菌的蛋白質(zhì)分子已經(jīng)能量產(chǎn)高性能蜘蛛絲，這是自尼龍問世以來最重要的纖維材料進步。鐘博文等人用Cooltrans技術(shù)精確定量以印代染，顛覆幾千年來大量稀釋染液的印染工藝，實現(xiàn)基本無水無排放印染，而且可直接在織物上印染高精密功能線條和圖案，成為發(fā)展智能電子織物產(chǎn)業(yè)化的平臺。
雖然大纖維總體離應(yīng)用仍有相當(dāng)距離，但全球各個國家的研究已有較強基礎(chǔ)，近年來也加快了產(chǎn)業(yè)化力度，并有產(chǎn)品開始小批量生產(chǎn)。如各大服裝運動品牌開發(fā)的智能襯衫、背心、T恤和智能鞋，美國麻省理工學(xué)院（MIT）開發(fā)的智能書包帶，上海長勝公司開發(fā)的心電圖內(nèi)衣，東華大學(xué)開發(fā)的電致變色纖維和納米發(fā)電纖維等。當(dāng)今，新技術(shù)從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化商品化的周期日益縮短，大纖維的產(chǎn)業(yè)化正在一步一步實現(xiàn)。
在開發(fā)柔性電致變色材料上，有望實現(xiàn)從纖維狀器件到功能織物再到服裝的集成應(yīng)用
顯露真容——大纖維發(fā)展現(xiàn)狀、機遇和挑戰(zhàn)
近年來，我國高新技術(shù)纖維產(chǎn)業(yè)取得了長足的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實現(xiàn)突破，產(chǎn)業(yè)化進程不斷加快，成為世界上少數(shù)幾個可以生產(chǎn)多種高新技術(shù)纖維的國家之一。但是，與國際先進水平相比，還存在諸多問題，面臨多種挑戰(zhàn)。
美國、日本、德國等發(fā)達國家已經(jīng)率先意識到下一代纖維將產(chǎn)生的革命性影響，從包羅數(shù)十個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略高度和遠眺20年后的時間跨度來理解及勾畫該產(chǎn)業(yè)，并通過技術(shù)突破、產(chǎn)品革新、跨界融合，在下一代纖維發(fā)展大潮中率先布局。
美國為確保自身處于纖維科學(xué)最前沿，保障具備卓越屬性的現(xiàn)代纖維的生產(chǎn)能力，從國家層面上進行了戰(zhàn)略部署，成立“革命性纖維和紡織品創(chuàng)新制造研究所”，聚焦于革命性的纖維和紡織品的創(chuàng)新制造，確保美國在光纖科技、商業(yè)化的纖維和高技術(shù)紡織品等新產(chǎn)品的前沿創(chuàng)新技術(shù)和制造鏈中具有非凡的地位。麻省理工學(xué)院率領(lǐng)來自28個州的89家制造業(yè)企業(yè)、大學(xué)和非營利機構(gòu)組成的聯(lián)盟（美國先進功能織物聯(lián)盟，AFFOA）負責(zé)該創(chuàng)新研究所的建設(shè)，目前已經(jīng)開展了大量的工作。
日本企業(yè)在全球高性能與高功能纖維領(lǐng)域早已布局，在碳纖維、對位芳綸和超高分子量聚乙烯三大高性能與高功能纖維的研發(fā)和生產(chǎn)方面占據(jù)優(yōu)勢，并特別注重以高性能與高功能纖維為核心的整個產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)。日本政府和聯(lián)盟組織對整個行業(yè)的發(fā)展極其重視，并起到了重要的助推作用。日本政府通過經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省以及新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機構(gòu)（NEDO）給予了研究開發(fā)上的支持。為集中產(chǎn)學(xué)研多方力量，并承接NEDO和經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省在革新型新構(gòu)造技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的項目，2013年10月日本成立了新構(gòu)造技術(shù)研究聯(lián)盟（ISMA），全面掌握產(chǎn)業(yè)中存在的問題和需求，有效服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的各個環(huán)節(jié)，同時也有利于聯(lián)盟會員在市場競爭中彼此優(yōu)勢互補，風(fēng)險共擔(dān)。
德國于2013年4月推出名為“未來紡織”（FutureTEX）的國家級戰(zhàn)略，明確提出了紡織業(yè)的定位——讓紡織業(yè)持續(xù)成為德國最有創(chuàng)新活力的行業(yè)之一，并將其和工業(yè)4.0進程緊密結(jié)合在一起。FutureTEX項目強調(diào)循環(huán)經(jīng)濟和新材料研發(fā)，希望在紡織業(yè)實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保的生產(chǎn)流通過程，該項目還具體提出了節(jié)能、提高原材料利用率、可再生性原材料等研究方向。繼在東部傳統(tǒng)紡織優(yōu)勢地區(qū)發(fā)展FutureTEX項目之后，德國又在西部集中優(yōu)勢力量成立了世界最大的跨領(lǐng)域的基于纖維的高性能材料研究中心，集聚了超過500名科學(xué)家、工程師和技術(shù)專家，并與中國合作在德國建立世界最大的碳纖維輕量化平臺。
回到中國，近年來新材料作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，得到了快速發(fā)展。中國制造2025也將新材料列入重點領(lǐng)域部署推進。2016年底，國務(wù)院成立國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組，新材料產(chǎn)業(yè)迎來新的發(fā)展機遇。新材料產(chǎn)業(yè)是國家和上海市發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求，纖維材料是材料科學(xué)中的重要分支，正經(jīng)歷著深刻變革，并孕育著巨大的創(chuàng)新機會。
大纖維產(chǎn)業(yè)面向未來智能社會發(fā)展，是先進制造業(yè)與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要突破口，是上海產(chǎn)業(yè)升級創(chuàng)新的新密碼，是一項需從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和市場推廣等多方面前瞻布局的新興產(chǎn)業(yè)。
當(dāng)前，上海大纖維領(lǐng)域的發(fā)展與世界同步，處于發(fā)明探索和樣品試制階段，并具有孕育大纖維及其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的深厚基礎(chǔ)。在纖維材料研發(fā)和人才培養(yǎng)上有東華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海紡織集團、華誼集團等高校和企業(yè)，在裝備領(lǐng)域有云同納米等一批創(chuàng)新企業(yè)正在嶄露頭角，在下游生物醫(yī)用、微電子、傳感器、節(jié)能環(huán)保等應(yīng)用領(lǐng)域更有微創(chuàng)醫(yī)療、霍尼韋爾、歌爾聲學(xué)、3M等一大批中外領(lǐng)軍企業(yè)。
去年，由數(shù)位跨領(lǐng)域?qū)＜規(guī)ьI(lǐng)的大纖維工作組在上海開展了大量調(diào)查研究，與東華大學(xué)和上？萍记閳笏餐帉懥舜罄w維產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展白皮書。調(diào)查顯示，大纖維目前還處在產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期，大學(xué)和研究機構(gòu)的力量相對較強，產(chǎn)業(yè)界力量較弱，用戶也相對比較少。目前中國在大纖維中低端應(yīng)用領(lǐng)域（如可穿戴設(shè)備）已經(jīng)取得了很好的成績。但是，創(chuàng)新主體多為中小企業(yè)，高校科研院所的高新技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化程度很低，導(dǎo)致國內(nèi)大纖維相關(guān)企業(yè)布局較為松散。為此，我們迫切需要圍繞產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈，進一步加強大纖維領(lǐng)域前瞻布局，實施創(chuàng)新工程項目，加快成熟領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化，積極參與國際競爭，助力中國大纖維產(chǎn)品走向世界。
大纖維不是一個單一技術(shù)，也不是一個單一行業(yè)，而是代表了許多不同技術(shù)領(lǐng)域的交叉融合以及一個新興的巨量產(chǎn)業(yè)集群。大纖維技術(shù)同時具有前沿性、基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性，必將成為下一次技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命的重要使能手段。未來，大纖維的發(fā)展將幫助我們更好地實現(xiàn)人體世界、物理世界和虛擬世界的無縫融合，將促進人類進入更加和諧美好的智能社會。
誠摯感謝陳麗蕓，戚佳斌，楊曙光，張耀鵬，朱麗萍等及大纖維技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟對此文提供的支持和幫助！
