彭慧胜：高能纤维制成的衣服有多厉害？
今天，彭慧胜/陈培宁课题组今年第三次在Nature发表论文，“复旦的新衣”成为新的充电利器，边运动边充电的T恤在未来也许会成为新的时尚风潮。
陈培宁是上海市“3535”计划（35位35岁的青年科技人才）的领军人物。
彭慧胜也曾登上造就舞台，2017年他在演讲中，介绍了“碳纳米管纤维”这种高能材料，并预见了由高能纤维制成的衣服在3～5年内有望实现量产，如今这个预言也终成现实。
以下我们来回顾他的演讲全文：
彭慧胜
复旦大学高分子科学系教授
先进材料实验室Principle Investigator
我想跟大家分享一个科学故事，这个故事的主题是：一类神奇的纤维材料与器件。
谈到纤维，大家可能比较熟悉，衣服的基本单元就是纤维，纤维衣服最基本的作用就是防寒保暖。但是，大家能否想象，在不久的将来，一件衣服可以发电、可以治病，可以让你飞檐走壁。
能发电、储电的衣服
大家可以设想，未来我们穿着的衣服就能发电，它可以解决很多领域的用电需求，从而改变我们的生活。要做成这种发电的衣服，首先我们要得到这种能发电的纤维。
这种能发电的纤维，首先它是一个器件，而任何器件的核心部件都是电极，所以我们又要先得到纤维的电极材料。因此我们发明了一种名为“取向”的独特材料，它是由碳纳米管通过拉丝的方式获得。
碳纳米管是一个什么样的材料？这是一个由碳原子形成的管状结构，其直径只有头发丝的千分之一到万分之一，它的密度是钢的六分之一，但强度却是钢的100倍。
它的电导率与金属相当，所以可以制作成纤维碳纳米管电池，然后制成衣服，这样的衣服一个白天（10小时）可发电6.1万毫安时，相当于反复为你的苹果手机充电4次。
这个衣服的基本单元是纤维太阳能电池，它到底是怎么做的？我们来看一看。图片左上角是一个典型的结构，蓝颜色是一个作为电极的碳纳米管纤维，我们在它的表面镀上红色的光电活性材料，用于吸收太阳光产生电。
而碳纳米管纤维的正面涂了另外一层电极膜，两个电极可把红色光电活性材料产生的电传去外电路。
在反复弯折时，这种碳纳米管纤维仍可稳定供电，现在光电转化率最高可达到9.45%，意味着它可以在商业上进行推广应用。
这个纤维状太阳能电池还有一个独特的优点，即不管阳光从哪个角度照过来，它的光电转化率都非常稳定。这意味着，当你穿一件由这种纤维构成的衣服去运动，在运动过程中，衣服输出的电都非常稳定，从而高效、安全地为电子产品供电。
在白天，太阳能电池可以供电，那晚上怎么办？我们希望，这件衣服还可以将白天的电通过太阳能电池储存起来，供晚上需要的时候使用。这也就是说，我们还希望把锂离子电池、超级电容器等等这些储能的器件也做成衣服。
除了锂离子电池、超级电容器，还有其他很多的储能器件，如锂硫电池、锂空电池、新空电池等等都在发展过程当中，正慢慢走入我们的生活。对于这类广泛的各式储能器件，我们都可以把它做成纤维，按照不同的要求进行组装，做成衣服。
发电、储电，是这类神奇纤维的第一大主要功能。
可变色、发光的衣服
接下来我跟大家介绍这个纤维的第二大功能，如果我把它做成衣服，这件衣服是可以变色的。
我们可以把它做成各种各样的颜色，把它图案化，将它按照你的需求进行改变。未来，你可能只需要买一件衣服，就可以适应不同场合的穿搭。
我跟大家介绍下这变色的纤维是怎么来制备的。变色龙可在不同环境下改变皮肤的颜色，这主要源自它皮肤表层材料结构的改变。基于类似思路，我们引入了“丁二炔”这类高分子材料，它可以跟碳纳米管进行复核，当通电时，这个高分子的结构会发生改变。
改变以后，大家可以看到颜色的变化。你可以看到，蓝色的纤维在通电后变成红色，当你把电撤去后，红色又很快回到蓝色，整个过程非常迅速，在一秒内完成，然后它可以反复进行。
很多时候，我们还希望在晚上能看到衣服颜色的改变，那就意味着衣服必须能发光，我们也要得到发光的纤维。
我们首先在一根纤维（可以是碳纳米管纤维）的电极基底上涂上一层发光的活性材料，再涂上另一层发光电极，这实际上就是两个电极中间夹杂着一个活性发光材料。
它可以连续地构建，通过一个机器得到很长的一个纤维，这样一个纤维在很小的电压（3-5伏）下，可以均匀地360度发光，而且它还非常可控，你可以得到不同的颜色。
这是我跟大家介绍的第二类可变色和发光的功能。
纤维人工肌肉
我们可以想象用它做成一个翅膀，只用接通一股很小的电流，这个翅膀就可以煽动起来，断电之后它又回到原位。这个过程可以反复进行，而且翅膀煽动的频率可以通过电流频率来控制。
因为这个材料耐高温，它在多数环境条件下很稳定，所以它可以对其他很多环境进行侦查、拍照，解决人很难进入的场合。
同时，由于它所产生的力是自然界最强骨骼肌肉的100多倍，我们可以借助这个纤维作为人工肌肉，就连小孩也可以靠它很轻松地拎起上百公斤甚至更重的物体，这也可能会解决在很多应用场合下人们碰到的难题。
其他多功能应用
实际上这种纤维还有其他很多功能，比如我们可以把它做到可发热、可制冷，以轻松应对一些极端条件；比如说我们可把这种纤维做成手套，只要你戴上手套，就可以在墙壁上进行爬行，这意味着大家在电影上看到的蜘蛛侠是有可能实现的。
这种独特纤维也可在医学上开展重要应用，比如把蓝色的发光纤维做成毯子，裹在小孩身上，所发出的柔和光可治疗新生儿黄疸，而不需要把婴儿放在一个冷冰冰的箱子里，这既能起到更好的治疗作用，也不用把婴儿从母体身边分开。
大家可能会问，这类多功能的神奇纤维材料和器件什么时候可以买到？价格怎样？我想，对于这么一个产品和技术，未来大部分工薪阶层都可以接受；对于这个纤维的功能，实际上我们还在不断地探索和进行中。
互动话题：感谢你的在看、转发、评论，边运动边发电的衣服，你想不想拥有？
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