纤维条形码可以使服装标签经久耐用

从蝴蝶翅膀中汲取灵感，编织到衣服中的反光纤维可以重塑纺织品的分类和回收。

在美国，估计每年有15万吨纺织品最终被填埋或焚烧。这种废物占一年生产的纺织品的85%，是一个日益严重的环境问题。2022 年，马萨诸塞州成为第一个颁布法律禁止在垃圾中处理纺织品的州，旨在提高回收率。

但回收纺织品并不总是那么容易。那些不能按原样转售的将被发送到设施，按织物类型进行分类。手工分拣是劳动密集型的，由于标签破旧或缺失而变得更加困难。分析织物化学性质的更高级技术通常不够精确，无法识别构成大多数服装的织物混合物中的材料。

为了改善这种分类过程，麻省理工学院林肯实验室和密歇根大学的一个团队提供了一种标记织物的新方法：编织具有工程反射率的纤维。这种光纤仅在某些红外光下反射。根据光纤在扫描时反射的光波长，回收商将知道光纤代表哪种类型的织物。从本质上讲，光纤就像光学条形码一样用于识别产品。

“有一种方法可以轻松识别织物类型并在它们通过时对其进行分类，可以帮助扩大回收过程。我们希望找到在服装生命周期之后识别另一种用途材料的方法，“该团队研究的合著者Erin Doran说，该研究最近发表在Advanced Materials Technologies上。

拉线

Doran是林肯实验室国防织物发现中心(DFDC)的纺织专家。在那里，她与先进材料和微系统集团的研究人员合作，通过将根深蒂固的纤维与微型电子设备和传感器集成在一起，制造“未来的织物”。

在密歇根大学，该研究的主要作者Brian Iezzi正在研究提高纺织品可回收性的方法。他在密歇根大学Shtein实验室的工作重点是将光子学应用于基于光纤的设备。其中一种设备称为结构彩色光纤，这是一种光子光纤，20多年前由Yoel Fink教授的研究团队在麻省理工学院首次开发。这是DFDC今天的一个专业领域。

“这是一种纤维，就像一面完美的镜子，”DFDC研究员Bradford Perkins说，他是该研究的合著者。“通过分层某些材料，你可以设计这种镜子来反射特定的波长。在这种情况下，您希望波长的反射从织物中其他材料的光学特征中脱颖而出，这些材料往往是黑暗的，因为普通织物材料会吸收红外辐射。

纤维最初是一块称为预制棒的聚合物。该团队精心构建了预制棒，以包含50多个交替的丙烯酸和聚碳酸酯层。然后将瓶坯加热并像太妃糖一样从塔顶拉出。每一层最终的厚度都小于一微米，并组合产生与织物中传统纱线尺寸相同的纤维。

虽然每一层都是透明的，但两种材料的配对会反射和吸收光线，从而产生看起来像颜色的光学效果。正是这种效果赋予了蝴蝶翅膀丰富、闪闪发光的颜色。

“蝴蝶翅膀是自然界结构颜色的一个例子，”同样来自林肯实验室的共同作者Tairan Wang说。“当你非常仔细地观察它们时，它们实际上是一个带有纳米结构图案的材料鞘，可以散射光，类似于我们对纤维所做的。

通过控制纤维的绘制速度，研究人员可以“调整”它们以反射和吸收特定的周期性波长范围 - 在每根光纤中创建独特的光学条形码。然后可以将此条形码分配给相应的织物类型，例如，一种象征棉花，另一种象征聚酯。在制造织物时，纤维将被编织成织物，然后用于服装并最终回收利用。

与蝴蝶翅膀引人注目的设计不同，纤维并不意味着要炫耀。“它们只占织物的不到百分之几。在他们拥有红外探测器之前，没有人能够分辨出他们在那里，“珀金斯说。

研究人员说，探测器可以改编自回收行业中用于分类塑料的那种。这些探测器同样使用红外传感来识别不同聚合物的独特光学特征。

以后试穿

今天，该团队已经为其技术申请了专利保护，Iezzi正在评估走向商业化的方法。本研究中生产的纤维相对于服装纤维仍然略厚，因此在保持所需波长的反射率的同时进一步减薄它们是一个持续的研究领域。

另一个探索的途径是使纤维更类似于缝纫线。这样，当编织成某种织物类型可能会影响其外观或感觉时，它们可以缝在衣服上。

研究人员还在考虑结构颜色纤维如何帮助解决纺织工业中的其他环境问题，例如染料产生的有毒废物。人们可以想象使用这种纤维来制造固有的永不褪色的织物。

“随着电子纺织品市场的扩大，考虑可回收性对我们来说也很重要。这个想法可以为在纺织品回收过程中回收碎片和金属开辟途径。多兰说。“可持续发展是未来的重要组成部分，为实现这一愿景进行合作令人兴奋。

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