近期，江南大學紡織科學與工程學院/針織技術教育部工程研究中心研究團隊實現了以蛇皮為靈感的鱗片織物結構防護材料的大規(guī)模制備。研究提出的復合鱗片織物由柔軟的織物底層和相互重疊的片狀化硬質殼層鱗片共同組成，克服了輕質高強與柔軟舒適這對天然矛盾，實現了防護材料的長時間舒適性穿著，這有望為未來材料結構創(chuàng)新設計提供啟示，并為個人防護裝備在各個工業(yè)領域的發(fā)展提供巨大的實質性優(yōu)勢。
相關成果闡述了利用仿生學原理制備了柔性鱗片結構織物及其復合材料并闡述其在抵御鋒利刀具穿刺時的防護機制。成果融合了仿生設計原則、結構工藝設計與功能性提升三個層面，直觀地揭示了如何通過仿生學原理及新型技術手段提高織物的防刺效果，展現了雙層鱗片在穿刺過程中抵抗穿刺力的作用及柔性復合鱗片的應變強化行為，明確了仿生鱗片結構復合材料的防刺機理，體現了該類新型鱗片結構織物在防刺技術領域中的重要性與廣泛的應用潛力，同時為解決現有防刺服裝中存在的多層堆疊和柔韌性不足的挑戰(zhàn)提供了可行性方案。
天然皮革盔甲通常采用鱗片狀結構，這種結構為柔性曲面提供了出色的保護性能和靈活性，在開發(fā)防刺性與舒適度兼?zhèn)涞母咝阅芊雷o材料方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α；谏秣[片的靈活性與防護性特征，實現硬質鱗片結構與柔性基材的有效集成，從而達到材料的剛柔并濟效果依舊是未能解決的研究重點。
本文受蛇皮重疊結構的啟發(fā)，利用針織技術的高成形靈活性，選用綜合性能優(yōu)異的超高分子量聚乙烯纖維，編織了仿生鱗片狀針織物(SLKF)。然后，織物的鱗片部分通過短切碳纖維填充環(huán)氧樹脂共同集成，以形成類似蛇皮的軟硬統一結構，也稱為增強鱗片狀針織物(R-SLKF)，這種結構賦予材料極佳的防刺性能。
通過將硬質鱗片集成到織物結構設計中，展示了防刺性和靈活性兼具的潛力。保證以鱗片狀針織物柔性復合材料為基礎制備的防刺服在人體中長時間的舒適穿著。
這種鱗片狀針織物柔性復合材料具有柔軟、防刺、舒適等綜合性能，可通過簡單、大規(guī)模的工業(yè)化生產，直接用于開發(fā)多功能、高性能的服裝，或可用作軍隊、警察和安全人員及登山、沙漠活動和跳傘等運動的特殊功能防護裝備等多種應用場景。
相關成果以“Large-Scale Fabrication of Snake Skin-Inspired Protective Composite Textiles”為論文標題在線發(fā)表在《Advanced Fiber Materials(先進纖維材料)》期刊。江南大學針織中心2019級博士研究生劉青為論文第一作者；江南大學蔣高明教授團隊馬丕波教授、董智佳副教授及武漢紡織大學陳鳳翔教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金項目(52373085和11972172)、中央高校基本科研業(yè)務費專項資金項目( JUSRP22026)、江蘇省高等學校重點學科建設項目(PAP)等項目資助。
