給紡織品染色可能會(huì)危害環(huán)境，形成污染并消耗大量的水和能源。現(xiàn)在研究者們表示他們可以通過(guò)用乳膠納米微粒紡絲直接得到有色纖維。通過(guò)控制納米微粒的大小，研究人員可以調(diào)節(jié)纖維的顏色。如果他們能使纖維的強(qiáng)度達(dá)到紡織的要求，面料和制衣廠商將來(lái)或許能在不需要任何染料的情況下，生產(chǎn)出多種顏色的衣物。

這類新型纖維利用了一種發(fā)現(xiàn)于自然界中的現(xiàn)象——結(jié)構(gòu)色;比如某些鳥(niǎo)的羽毛或是甲蟲(chóng)殼的顏色并不是來(lái)自色素，而是來(lái)自光與材料的物理結(jié)構(gòu)之間的相互作用。

中國(guó)蘇州大學(xué)的高分子化學(xué)家和物理學(xué)家張克勤想把這一原理應(yīng)用于合成纖維中。“基本上，你可以通過(guò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)獲得各種不同的顏色，”他說(shuō)。結(jié)構(gòu)色纖維不僅能避免染料帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，而且應(yīng)該不會(huì)褪色。

為了得到這種纖維，張與其同事從合成一批批同樣尺寸的納米微粒開(kāi)始著手，他們使用的材料是苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物。張團(tuán)隊(duì)將每批納米球體微粒懸浮分散于聚乙烯醇(PVA)溶液中，并將得到的粘性流體充入噴灑器中。用靜電紡絲工藝——即利用電壓使噴灑器中的流體形成超細(xì)的絲落于噴灑器下方的表面上，研究人員將這些細(xì)膠體纖維制成氈后清洗干燥。未洗過(guò)的氈是白色的，但是當(dāng)清洗步驟去除了大部分PVA粘合劑，得到由球體微粒規(guī)則堆積形成的纖維時(shí)，顏色就顯現(xiàn)出來(lái)了。

纖維氈的顏色取決于球體的大小。因?yàn)槲⒘５某叽绱笮∨c可見(jiàn)光的波長(zhǎng)相近，每根纖維中堆積的球體微粒形成的網(wǎng)格組成了能反射特定的狹窄范圍的波長(zhǎng)的光的晶體，從而制造出了幾乎純的顏色。直徑220納米的球體產(chǎn)生的是綠色纖維，直徑246納米的球體得到的是紅色纖維，直徑280納米的球體得到的則是紫紅色纖維。

然而顏色并不是完美的純色，原因是米氏散射——由于不同波長(zhǎng)的光從微粒個(gè)體上反射而形成的分離效應(yīng)。為調(diào)查米氏散射扮演的角色，研究人員將納米微粒填進(jìn)用作模具的毛細(xì)玻璃管中。這樣得到的纖維中，球體微粒形成了比靜電紡絲法纖維更規(guī)則的晶體，減輕了米氏散射的程度，得到了更純的顏色。

掃描電鏡照片顯示出乳膠納米微粒用靜電紡絲法生成的纖維的結(jié)構(gòu)(上圖)。不同大小的球體微粒得到的纖維氈顯現(xiàn)出不同的顏色(下圖)。

張說(shuō)，現(xiàn)在最大的問(wèn)題是這些直徑只有1.3微米的纖維機(jī)械強(qiáng)度不夠，無(wú)法制成紡織品。他的團(tuán)隊(duì)正在探索解決這個(gè)難題的方法。一種解決方式或許是將膠體微粒制成墨水，然后印在更傳統(tǒng)的纖維表面上。

研究自然界中的結(jié)構(gòu)色的日本大阪大學(xué)物理學(xué)家吉岡伸彌(Shinya Yoshioka)認(rèn)為這項(xiàng)研究十分吸引人。“如果纖維能達(dá)到適合紡織的強(qiáng)度，我認(rèn)為它絕對(duì)會(huì)很有用，”他說(shuō)。