近日，復旦大學高分子科學系彭慧勝團隊成功將顯示器件的製備與織物編織過程融合，等於是把電池“穿”在了身上。未來，人們可以透過衣服對手機進行無線充電。“造就TALK”是一個致力於“發現創造力”的劇院式演講平臺。請聽彭慧勝教授在“造就TALK”上介紹神奇的高能材料。
衣服的基本單元是纖維，纖維衣服基本的作用是防寒保暖。但是，大家能否想象在不久的將來，一件衣服可以發電、可以治病，可以讓你飛簷走壁？
讓我們首先從能源講起。我們常見的能源器件分兩類：一類用於發電，叫能源轉換器，比如太陽能電池；另一類用於儲存能量，比如鋰離子電池或超級電容器。這兩類能源器件，我們通常見到的是板狀或塊狀結構，是剛性而且比較笨重的。
這種結構限制了它們在很多領域的應用，尤其是一些重要的新興領域，例如可穿戴裝置領域。所以我們設想，如果能把太陽能電池、鋰離子電池做成纖維，就可以變成織物，最後做成衣服。未來，我們穿著這種能發電的衣服，可以解決很多領域的用電需求，從而改變我們的生活。
『能發電、能儲電』
要做成能發電的衣服，首先我們要得到能發電的纖維。
這種能發電的纖維是一個器件，而任何器件的核心部件都是電極，所以首先要得到纖維的電極材料。我們發明了一種名為“取向”的獨特材料，它是由碳奈米管透過拉絲的方式獲得的。
碳奈米管是一個什麼樣的材料？它是一個由碳原子形成的管狀結構，其直徑只有頭髮絲的千分之一到萬分之一，密度是鋼的1/6，強度卻是鋼的100倍。它的電導率與金屬相當，所以可以製作成纖維狀碳奈米管電池，然後製成衣服，這樣的衣服一個白天（10小時）可發電6.1萬毫安時，相當於反覆為蘋果手機充電4次。
這件衣服的基本單元是纖維太陽能電池。它是怎麼做成的？作為電極的碳奈米管纖維，我們在它的表面鍍上紅色的光電活性材料，用於吸收太陽光，產生電。而碳奈米管纖維的正面塗了另外一層電極膜，兩個電極可以把紅色光電活性材料產生的電傳到外電路。
在反覆彎折時，這種碳奈米管纖維仍可穩定供電。目前，光電轉化率最高可達到9.45%，這意味著它可以在商業上進行推廣應用。這個纖維狀的太陽能電池還有一個獨特的優點，即不管陽光從哪個角度照過來，它的光電轉化率都非常穩定。因此，當你穿一件由這種纖維製成的衣服去運動時，這件衣服仍然能高效、安全地為你隨身攜帶的電子產品供電。
在白天，太陽能電池可以供電，那晚上怎麼辦？我們希望，這件衣服可以將白天的電透過電池儲存起來，供晚上需要的時候使用。所以，我們還希望把鋰離子電池、超級電容器等儲能的器件也做成衣服。
這就是這類神奇纖維的第一大功能———發電、儲電。
『可變色、可發光』
接下來介紹這類纖維的第二大功能，它可以變色，也可以發光。未來，我們可以把它做成各種各樣的顏色，把它圖案化，使它按照你的需求進行改變。也就是說，你只需要買一件衣服，就可以適應不同場合的穿搭。
變色的纖維是怎麼製成的？我們知道，變色龍可以在不同環境下改變面板的顏色，主要源於它面板表層材料結構的變化。基於類似思路，我們引入了“丁二炔”這類高分子材料，它可以和碳奈米管進行復合，當通電時，這種高分子材料的結構會發生變化，顏色也會隨之發生變化。藍色的纖維在通電後會變成紅色，當關閉電源後，紅色又變成藍色，整個過程在1秒內完成，可反覆進行。
衣服又是怎麼發光的呢？我們首先在一根纖維（可以是碳奈米管纖維）的電極基底上塗上一層發光的活性材料，再塗上另一層發光電極，這實際上就是在兩個電極中間夾著活性發光材料。這樣，一根纖維在很小的電壓（3—5伏）下，可以均勻地360度發光，而且它是可控的，你可以得到不同顏色的光。
實際上，這種纖維還有其他很多功能。比如，它可發熱、可製冷，能輕鬆應對一些極端條件。我們還可以把這種纖維做成手套，只要你戴上手套，就可以在牆壁上爬行，這有點像電影裡的蜘蛛俠。
大家可能會問：這類多功能的神奇纖維材料什麼時候可以買到？價格怎樣？未來，大部分工薪階層都可以買得起由這種纖維材料製成的衣服。我們有理由期待，在不久的將來，這類纖維材料可能顛覆我們的生活方式，創造人類全新的未來。
彭慧勝教授
欄目主編：龔丹韻 文字編輯：徐蓓 題圖來源：圖蟲創意 圖片編輯：雍凱
文中圖片由作者提供
來源：作者：彭慧勝
