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  傳統(tǒng)纖維構(gòu)造并連接實(shí)體世界；現(xiàn)代纖維構(gòu)造并連接實(shí)體世界和數(shù)字世界；未來(lái)纖維即大纖維，將一體化構(gòu)造實(shí)體和數(shù)字世界，并與人體無(wú)縫連接，推動(dòng)人類(lèi)進(jìn)入更加文明的智能社會(huì)！

朱美芳教授

東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)

纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任

  自古以來(lái)，纖維就與人類(lèi)生活密切相關(guān)，人類(lèi)與纖維的親密接觸可謂是365天24小時(shí)不間斷。最早，人類(lèi)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(jìn)步，人造纖維、合成纖維應(yīng)運(yùn)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(jìn)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(jìn)一步拓展，大纖維的概念也應(yīng)運(yùn)而生，不僅影響人們的生活，對(duì)科技、產(chǎn)業(yè)、國(guó)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(duì)科技、產(chǎn)業(yè)、國(guó)家乃至個(gè)人生活有什么意義？中國(guó)發(fā)展大纖維面臨什么機(jī)遇和挑戰(zhàn)？有什么對(duì)策，需要采取什么行動(dòng)？下面筆者就圍繞以上幾個(gè)問(wèn)題展開(kāi)，跟大家談一談未來(lái)的纖維世界。

初識(shí)芳顏——什么是大纖維

  在半導(dǎo)體行業(yè)，人們對(duì)Smaller（�。�的追求是無(wú)止境的，器件每縮小1納米都需要百億千億的投入。20世紀(jì)60年代美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)曼曾說(shuō)過(guò)：“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(duì)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(qiáng)、更小、更便宜），而纖維的本質(zhì)屬性在長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看非常契合人們對(duì)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(jìn)步，現(xiàn)今的纖維材料在強(qiáng)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(jìn)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(jī)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(chǔ)等全新應(yīng)用，是新一代纖維產(chǎn)品，國(guó)際上也稱(chēng)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(jī)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(jī)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(shí)具有感知和反應(yīng)雙重功能，不但可以撬動(dòng)傳統(tǒng)時(shí)尚產(chǎn)業(yè)，在賦予紡織品新時(shí)尚的同時(shí)，還給予常規(guī)紡織品遠(yuǎn)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(qiáng)腐蝕、低磨損、耐高溫、耐輻射、抗燃、耐高電壓、高強(qiáng)度高模量、高彈性、反滲透、高效過(guò)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(lái)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(jìn)了眾多產(chǎn)業(yè)特別是航空航天和國(guó)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(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中“綠色”只會(huì)越來(lái)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(wú)染纖維的一種）以及生物基化學(xué)纖維。

  大纖維面向未來(lái)智能社會(huì)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(diǎn)，是先進(jìn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)戰(zhàn)略材料，是一項(xiàng)需要政府推動(dòng)、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(shuō)清大纖維與紡織業(yè)的本質(zhì)區(qū)別？可從手機(jī)講起，手機(jī)問(wèn)世之初只是一個(gè)移動(dòng)的語(yǔ)音通訊工具，但從iPhone之后，智能手機(jī)逐漸演化為巨大技術(shù)和社會(huì)系統(tǒng)的移動(dòng)終端，而語(yǔ)音通訊則弱化為其附屬功能。再如汽車(chē)，在逐步向智能化、無(wú)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(gè)移動(dòng)智能裝置。

  傳統(tǒng)紡織在纖維基礎(chǔ)上研究、開(kāi)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(kāi)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(biāo)去研究開(kāi)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(fèi)曼的著名問(wèn)題：“假如原子能夠按照我們?cè)O(shè)想的方式來(lái)排列，那么材料將會(huì)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(shí)現(xiàn)其更為精密的功能化。

  在程正迪院士等撰寫(xiě)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(jìn)一步強(qiáng)調(diào)“From structure to function”（以結(jié)構(gòu)制功能）的思想。比如，紗布過(guò)去只是用于包扎傷口，但用大纖維來(lái)開(kāi)發(fā)智能紗布除了包扎傷口之外還可消炎治療，并與遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)連接在線(xiàn)監(jiān)測(cè)病人狀況。再如，陳剛等人開(kāi)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(xiàn)電池負(fù)極、納米纖維PM2.5過(guò)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(lái)的納米纖維產(chǎn)品。幾十年來(lái)，用傳統(tǒng)化學(xué)合成理論和方法一直無(wú)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(xì)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(wèn)世以來(lái)最重要的纖維材料進(jìn)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(lái)大量稀釋染液的印染工藝，實(shí)現(xiàn)基本無(wú)水無(wú)排放印染，而且可直接在織物上印染高精密功能線(xiàn)條和圖案，成為發(fā)展智能電子織物產(chǎn)業(yè)化的平臺(tái)。

  雖然大纖維總體離應(yīng)用仍有相當(dāng)距離，但全球各個(gè)國(guó)家的研究已有較強(qiáng)基礎(chǔ)，近年來(lái)也加快了產(chǎn)業(yè)化力度，并有產(chǎn)品開(kāi)始小批量生產(chǎn)。如各大服裝運(yùn)動(dòng)品牌開(kāi)發(fā)的智能襯衫、背心、T恤和智能鞋，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）開(kāi)發(fā)的智能書(shū)包帶，上海長(zhǎng)勝公司開(kāi)發(fā)的心電圖內(nèi)衣，東華大學(xué)開(kāi)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(shí)現(xiàn)。

在開(kāi)發(fā)柔性電致變色材料上，有望實(shí)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(jī)遇和挑戰(zhàn)

  近年來(lái)，我國(guó)高新技術(shù)纖維產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)突破，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷加快，成為世界上少數(shù)幾個(gè)可以生產(chǎn)多種高新技術(shù)纖維的國(guó)家之一。但是，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，還存在諸多問(wèn)題，面臨多種挑戰(zhàn)。

  美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)率先意識(shí)到下一代纖維將產(chǎn)生的革命性影響，從包羅數(shù)十個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略高度和遠(yuǎn)眺20年后的時(shí)間跨度來(lái)理解及勾畫(huà)該產(chǎn)業(yè)，并通過(guò)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(guó)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(guó)家層面上進(jìn)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(guó)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(lái)自28個(gè)州的89家制造業(yè)企業(yè)、大學(xué)和非營(yíng)利機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)盟（美國(guó)先進(jìn)功能織物聯(lián)盟，AFFOA）負(fù)責(zé)該創(chuàng)新研究所的建設(shè)，目前已經(jīng)開(kāi)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(duì)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(shì)，并特別注重以高性能與高功能纖維為核心的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)。日本政府和聯(lián)盟組織對(duì)整個(gè)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(guò)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省以及新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）給予了研究開(kāi)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(jì)產(chǎn)業(yè)省在革新型新構(gòu)造技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的項(xiàng)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(wèn)題和需求，有效服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也有利于聯(lián)盟會(huì)員在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中彼此優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)。

  德國(guó)于2013年4月推出名為“未來(lái)紡織”（FutureTEX）的國(guó)家級(jí)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(guó)最有創(chuàng)新活力的行業(yè)之一，并將其和工業(yè)4.0進(jìn)程緊密結(jié)合在一起。FutureTEX項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和新材料研發(fā)，希望在紡織業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保的生產(chǎn)流通過(guò)程，該項(xiàng)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(shì)地區(qū)發(fā)展FutureTEX項(xiàng)目之后，德國(guó)又在西部集中優(yōu)勢(shì)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(guò)500名科學(xué)家、工程師和技術(shù)專(zhuān)家，并與中國(guó)合作在德國(guó)建立世界最大的碳纖維輕量化平臺(tái)。

  回到中國(guó)，近年來(lái)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(guó)制造2025也將新材料列入重點(diǎn)領(lǐng)域部署推進(jìn)。2016年底，國(guó)務(wù)院成立國(guó)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(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。新材料產(chǎn)業(yè)是國(guó)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(jī)會(huì)。

  大纖維產(chǎn)業(yè)面向未來(lái)智能社會(huì)發(fā)展，是先進(jìn)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(jí)創(chuàng)新的新密碼，是一項(xiàng)需從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)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(tuán)、華誼集團(tuán)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(kāi)展了大量調(diào)查研究，與東華大學(xué)和上�？萍记閳�(bào)所共同編寫(xiě)了大纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展白皮書(shū)。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(jī)構(gòu)的力量相對(duì)較強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)界力量較弱，用戶(hù)也相對(duì)比較少。目前中國(guó)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(jī)。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(guó)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(jìn)一步加強(qiáng)大纖維領(lǐng)域前瞻布局，實(shí)施創(chuàng)新工程項(xiàng)目，加快成熟領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化，積極參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，助力中國(guó)大纖維產(chǎn)品走向世界。

  大纖維不是一個(gè)單一技術(shù)，也不是一個(gè)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(gè)新興的巨量產(chǎn)業(yè)集群。大纖維技術(shù)同時(shí)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(lái)，大纖維的發(fā)展將幫助我們更好地實(shí)現(xiàn)人體世界、物理世界和虛擬世界的無(wú)縫融合，將促進(jìn)人類(lèi)進(jìn)入更加和諧美好的智能社會(huì)。

  誠(chéng)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(duì)此文提供的支持和幫助！