光子光纤借用蝴蝶翅膀实现看不见不可磨灭的分拣标签

每年丢弃的15万吨服装和其他纺织品中，只有不到92%被回收利用，部分原因是它们很难分类。由密歇根大学领导的团队开发的用廉价光子光纤制成的编织标签可以改变这一点。

“这就像直接编织到服装面料中的条形码，”UM材料科学与工程教授，先进材料技术研究的通讯作者MaxShtein说。“我们可以定制光纤的光子特性，使它们肉眼可见，只有在近红外光或任何组合下才能读取。

普通的标签通常不会持续到服装的使用寿命——它们可能会被剪掉或清洗，直到难以辨认，无标签的信息可能会消失。如果将标签编织到织物中，回收可能会更有效，在需要读取之前不可见。这就是新纤维可以做到的。

回收商已经在使用近红外分拣系统，根据其天然存在的光学特征识别不同的材料——例如，水瓶中的PET塑料在近红外光下看起来与牛奶罐中的HDPE塑料不同。不同的织物也具有不同的光学特征，但Shtein实验室的博士后研究员，该研究的主要作者BrianIezzi解释说，由于混纺织物的普遍存在，这些签名对回收商的用途有限。

“要使真正的循环回收系统发挥作用，重要的是要了解织物的精确成分-棉花回收商不想为70%聚酯制成的服装付费，”Iezzi说。“自然光学特征不能提供这种水平的精度，但我们的光子光纤可以。

该团队通过将Iezzi和Shtein的光子专业知识(通常应用于显示器，太阳能电池和光学滤光片等产品)与麻省理工学院林肯实验室的先进纺织功能相结合，开发了该技术。该实验室致力于将光子特性整合到与大规模生产兼容的工艺中。

他们从预制棒(一种由数十层交替层组成的塑料原料)开始完成任务。在这种情况下，他们使用了丙烯酸和聚碳酸酯。虽然每一层都是透明的，但两种材料的组合会弯曲和折射光线，以产生看起来像颜色的光学效果。这是赋予蝴蝶翅膀闪闪发光的基本现象。

瓶坯被加热，然后机械地拉入一根细如头发的纤维链中——有点像太妃糖。虽然制造工艺方法与用于制造聚酯等传统合成纤维的挤出技术不同，但它可以生产相同的数英里长的纤维束。然后可以使用纺织品制造商已经使用的相同设备处理这些股线。

通过调整材料的组合和拉动预制棒的速度，研究人员调整了纤维以产生所需的光学特性并确保可回收性。虽然光子光纤比传统纺织品更昂贵，但研究人员估计，它只会导致成品成本的小幅增加。

“光子光纤只需要占一小部分-仅占成品服装的1%，”Iezzi说。“这可能会使成品的成本增加约25美分-类似于我们都熟悉的那些使用和护理标签的成本。

Shtein说，除了使回收更容易之外，光子标签还可以用来告诉消费者商品的制造地点和方式，甚至验证品牌产品的真实性。这可能是为客户增加重要价值的一种方式。

“随着手机等电子设备变得越来越复杂，它们可能有能力读取这种光子标签，”Shtein说。“所以我可以想象一个未来，编织标签对消费者和回收商来说都是一个有用的功能。