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東華大学：電気機械変換繊維及びその織物のエネルギーと湿熱管理機能制御プロジェクトが受賞

2024/12/4 14:54:00 0

　　2024年度中国紡績工業連合会科学技術賞がこのほど発表された。東華大学材料学院の王宏志教授がプロジェクトの第一完成人として開発した「機電変換繊維とその織物のエネルギーと湿熱管理機能の調節」プロジェクト（以下「機電変換プロジェクト」と略称する）は、自然科学賞の一等賞を受賞した。このプロジェクトは知能繊維分野で二重突破を実現し、繊維材料のエネルギー転換と人体湿熱管理の新しい道を切り開いた。

　　衣類は人間の「第二層皮膚」と呼ばれているが、伝統的な生地は人体の肌のように温度変化をインテリジェントに感知し、タイムリーに調節することが難しいことが多い。「この技術はインテリジェント織物の『知覚-供能-調節』全チェーンを通じて、繊維尺度上のエネルギー転換と湿熱調節の協同設計を実現した」プロジェクト責任者の王宏志氏は、機電転換繊維はインテリジェントな肌着助手のように、知覚、調節と保護の多重任務を担い、常に着用者の快適な体験を守っていると述べた。機電変換プロジェクトは東華大学が先頭に立ち、5年間の探索を経て、繊維構造設計、性能調整などの面で多くのオリジナル成果を得て、繊維から織物までのスケールを超えた構造効果関係を構築し、自主知的財産権を持つ核心技術体系を形成した。関連研究成果はすでにScience、Nature Communication、Advanced Materialsなどの国際トップレベルの定期刊行物に論文を数編発表し、多くの国家発明特許を獲得し、国際トップレベルに達した。この成果は電気機械変換繊維の分野で大きな突破を実現しただけでなく、将来的に全天候、インテリジェント化された機能性服装を発展させるための基礎を築いた。

　　技術的難関攻略：設計から実現までの長い道のり

　　科学研究の仕事の中で、偶然の現象は往々にして突破のきっかけを秘めており、鍵はその中に隠された法則を捉えることができるかどうかにある。2020年、王宏志教授チームはナノ発電織物を摩擦する電気信号試験で、意外にも異常なノイズ信号を捕獲した。最初は実験的干渉の現象とされていたが、深く研究した結果、静電放電におけるプラズマ周波数の特性という新しい物理的メカニズムが徐々に明らかになってきた。この発見は人体のエネルギー結合の新しいメカニズムを検証するだけでなく、無線エネルギーと信号を同期して伝送する電気機械変換繊維技術の突破を推進した。この成果はスマート織物の自主供給のボトルネックを突破し、織物の多機能化設計に新しい構想を提供した。

　　しかし、これは王宏志チームの10年余りの知能服装研究のスライスにすぎない。エネルギー管理から湿熱調整、センシング応答から変形変色まで、彼らは常にスマートテキスタイルのコア機能需要を中心に系統的な研究を展開し、材料科学を基礎に技術革新を絶えず推進している。エネルギー管理の面では、チームは静電効果に基づく繊維発電技術を開発し、スマートウェアに信頼性の高い自主供給方案を提供した、湿熱制御の分野では、彼らは繊維のミクロ構造を最適化し、シミュレーションの極端な環境下で材料の性能をテストし、スマートウェアの快適性と実用性を向上させた、センシングと変色技術は知能織物により多くの可能性を与え、環境モニタリング、生理信号捕捉、動的外観調節などの分野で広範な応用を実現できるようにした。

　　「科学研究に近道はなく、すべての蓄積には少しずつ打ち固めが必要だ」。これらの研究を貫いているのは、チームメンバーの細部への執着と実践の根ざしだ。彼らは実験条件の制限を克服し、自主的に設備検証仮説を設計した、複雑な環境の挑戦に直面して、高温多湿な露天環境の中で材料の性能を繰り返しテストして、毎日テスト設備と記録データの間を往復して、1組の精確なデータで科学仮説の導出と修正を支えている。基礎理論の突破から規模化製造技術の着地まで、毎回の進歩は挑戦に満ちているが、次の革新にも道を開いた。

　　2024年、王宏志教授は知能繊維分野での重要な研究成果により、中国紡績界の最高栄誉である桑麻学者賞を受賞した。この賞の背後には、10年以上にわたるコツコツとした探求と実践があり、何度も実験中の堅持と突破であり、未知の分野に絶えず求めている熱意と集中でもある。

　　成果の転化：実験室から産業化への繊維革命

　　科学研究の終点は実験室だけでなく、実際の応用と産業化にある。機電変換繊維技術を研究成果から現実製品に転化するために、王宏志教授チームは複数の企業と共同で、自主知的財産権の規模化機電変換繊維の工業化生産ラインを建設した。この生産ラインの成功的な運行は実験室の先進繊維技術を市場に推進するために基礎を築き、織物製造の効率と一致性を著しく向上させた。

　　生産ラインの技術成果に基づいて、チームは学校の上海国際ファッション科学創センター、海派ファッションデザイン及び価値創造協同創新センター、上海国際ファッション創意学院、紡績学院、服装と芸術デザイン学院、情報科学と技術学院などと協力して、科学技術チャイナドレスを共同開発した。センシング、変形、変色繊維を埋め込むことにより、リアルタイムモニタリング、形態変化と視覚効果の動的融合を実現した。このシリーズのチャイナドレスは、現代のスマート技術を伝統的な服飾文化に融合させるだけでなく、服装の美学とハイテク機能の結合の模範となっている。その革新的なデザインはエディンバラ芸術祭に登場し、中国紡績工業の象徴的な成果として新中国成立70周年成果展に登場し、伝統的な紡績技術と現代のスマート技術の深い融合を十分に示した。また、スポーツウェアや医療防護服の分野では、チームは織物の湿熱管理性能を改善することで、機能性と快適性を兼ね備えた製品を開発した。これらの協力は、電気機械変換繊維技術が実験室の突破だけでなく、伝統的な紡績産業のスマート化、機能化への邁進を推進していることを十分に説明している。

海派チャイナドレスが輝くエディンバラ芸術祭

　　最も注目されているのは、エネルギー収集、信号放出、発光を一体化した発光繊維技術の開発だ。この繊維は非馮ノイマン構造を採用し、エネルギー結合と無線信号送信の深さ結合を通じて、機能設計から集積革新までの重要な突破を実現した。発光繊維は複雑な環境の中で効率的に動作するだけでなく、スマートウェア、水中救援、動的表示など多くのシーンに対応できる柔軟なカスタマイズ可能な特性を持っている。その独特な性能と広範な応用潜在力はチームが『Science』に発表した研究論文で詳細に述べられ、同時にこの技術は紡績分野の年度十大科学技術成果の一つにも選ばれた。

　　伝承の展望：初心をもって未来に敬意を表す

　　長年のたゆまぬ努力を通じて、王宏志教授チームはスマート紡績分野で一連の重要な突破を遂げた。機電変換繊維の核心技術をめぐって、彼らは実験室から規模化生産までの飛躍を実現しただけでなく、知能発色と変色、熱電と摩擦電気エネルギー変換装置、リチウム電と亜鉛空気可撓性エネルギー貯蔵装置及び人間機械インタラクティブ織物などの方向で革新的な研究を展開した。これらの仕事はインテリジェント繊維技術のインテリジェントウェアラブル設備、健康モニタリング、ヒューマン・マシン相互作用などの分野での広範な応用を推進し、将来の産業発展に重要な支えを提供した。

　　2024年以来、チームはScience、Science Advanced、Nature Communications（3編）、Advanced Materials（2編）、Advanced Functional Materials（5編）、Matter、Device（2編）などの定期刊行物に複数の論文を発表している。これらの研究は東華大学のスマート紡績技術分野における最前線の地位を明らかにしただけでなく、関連産業の技術革新に新たな原動力を注入した。

　　開校以来、東華大学は一貫して科学技術革新とサービス社会を深く融合させ、紡績科学技術で国の発展を支援する奮闘史を書いてきた。新中国成立初期に「服装の難しさ」を克服し、改革開放後に紡績工業の技術アップグレードをリードし、さらに今ではスマート紡績技術で未来の産業空間を開拓し、東華大学の科学研究の歩みは終始時代の発展と密接につながっている。

　　異なる歴史段階で、東華大学は実際の行動で「紡績で国に報いる」という初心を実践した。寒冷地の需要を満たす高性能軍用衣料の開発から、民生用防護生地の普及の推進、紡績業界のグリーン化、インテリジェント化への転換まで、毎回の突破には何世代もの東華人の知恵と心血が凝縮されている。今回の受賞プロジェクトは、テクノロジーを絆とし、伝統的な紡績技術と現代のスマート技術を有機的に結合し、紡績産業の未来に方向性を示した、この精神の新時代における継続である。

王宏志教授課題チームが中国シルク博物館を訪問し学習

　　王宏志氏は、「科学技術革新は実際の需要に着目しなければならず、実験室を出て、生活に溶け込んでこそ、技術が本当に社会に幸福をもたらすことができる」と述べた。将来、チームは知能紡績技術の革新発展をさらに推進する。彼らは重点的に3つの方向を深く耕す予定である：1つはスマート紡績材料の性能を高め、健康モニタリング、環境応答などの分野に個性化とカスタマイズ化ソリューションを提供すること、第二に、産業チェーンの上下流との協力を深化させ、科学研究成果の市場化プロセスを加速させること、第三に、持続可能な発展に焦点を当て、グリーン繊維材料と低エネルギー製造技術を開発し、「二重炭素」目標の実現に紡績分野の知恵と力を貢献する。