▲张艳（右）与团队成员讨论样品。

▲导电炭化棉布。受访者供图

■本报记者 沈春蕾

家里不穿的棉质衣服、破旧的床单被罩、淘汰的棉布窗帘……被扔进回收站之后，有多少可以循环利用呢？

“当前，这些废弃棉织物的利用率不足5%。”浙江理工大学纺织科学与工程学院副教授张艳通过近5年的调查和研究发现，给这些废弃棉织物涂上特殊的涂层后，扔进空气气氛高温炉烧几分钟，再取出来就是可以实现高效电磁屏蔽防护的黑色“炭布”，可制作成防辐射窗帘、屏蔽罩等用品。

作为浙江理工大学一名青年教师，张艳也是浙江省现代纺织技术创新中心（以下简称创新中心）的双聘人员，近年来她每周都会前往创新中心推进“炭布”的产业化工作。目前，张艳团队已经和浙江省内多家企业达成合作，准备进一步推动电磁屏蔽炭化纺织品的产业化进程。

废旧棉布重获新生

中国资源综合利用协会统计数据显示，预计到2030年，我国每年丢弃的旧衣数量将上升到5000万吨，平均每人每年将淘汰16件废旧衣服。

废弃棉织物原本并不是张艳的研究方向。2015至2020年在中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室（现为火灾安全全国重点实验室）读博期间，她主要从事无卤阻燃及电磁屏蔽材料的研究。

2020年，张艳获得中国科学技术大学和香港城市大学联合培养的双博士学位，同年加入浙江理工大学。纺织类专业是浙江理工大学最具特色和优势的学科之一，学校鼓励青年教师将所长与专业结合，推动成果转化工作。

2021年4月，围绕现代纺织产业应用技术研究，浙江理工大学与浙江省绍兴市柯桥区签署战略合作协议，共建创新中心。2022年7月，创新中心揭牌成立。运行3年来，创新中心与浙江理工大学全面开展纺织学科联合建设，探索并实践产学研用协同创新模式。

创新中心聚集了一批与纺织相关的企业。在创新中心副主任、浙江理工大学教授戚栋明支持下，张艳通过调研发现，棉麻类制品因透气透湿性良好而广受消费者喜爱，但其废弃物规模已达千万吨级别，高值利用率却很低，大多被焚烧或填埋，不仅浪费资源，还会造成二次污染。

结合自己的专业方向，张艳有了一个看似天马行空的想法：能否利用海量废弃棉布，通过技术创新，直接将其转化为高附加值的导电炭织物？这样既能解决废弃物出路问题，又能提供低成本高性能材料，实现双赢。

此前，浙江理工大学纺织科学与工程学院还没有设置类似的研究方向，张艳的想法为学院开辟了一个新的研究方向。

“废棉炭化的关键在于能耗与时间瓶颈。”张艳介绍，传统的炭化工艺存在能耗高、耗时数小时、依赖惰性气体气氛的局限。他们的创新点在于实现开放空气中的快速炭化，将废弃棉织物在高温炉的燃烧时间从原来的数小时缩短至几分钟。

张艳告诉《中国科学报》：“采用传统工艺制备的‘炭布’一平方米的原料成本达100多元，而我们的原料成本不到1元，还能有效降低能耗成本，让废旧棉布‘浴火重生’，变身为高性能电磁屏蔽炭织物。”

一种特殊的“魔法涂层”

张艳指出，废旧棉布华丽变身的关键在于一种特殊的“魔法涂层”。

在浙江理工大学纺织科学与工程学院的一间实验室里经常出现这样的场景：张艳带领团队成员们忙碌地穿梭在实验台与仪器之间，开展废弃棉织物炭化实验。他们将一种特殊的“魔法涂层”刷在旧棉布上，在不需要昂贵的密闭设备或惰性气体保护下，将旧棉布扔进900摄氏度的高温炉进行15分钟“烧烤”，旧棉布随后实现“华丽蜕变”。

“在燃烧过程中，棉布会产生保护气体，防止被烧成灰，从而达到理想的炭化效果，变成一种有用的新材料——导电炭化棉布。”张艳说，这套在空气环境里可以实现快速节能炭化的技术，其核心是“成炭涂层+热解自生保护气”工艺，以及精密构建的“仿神经元网络”导电结构。

导电炭化棉布是一类具有中空骨架和多孔表皮结构的多功能炭复合材料。张艳介绍：“这些空心骨架和多孔表皮炭复合材料具有显著的导电性和多种反射表面，赋予材料良好的电磁干扰屏蔽性能。”

“经过处理后的旧棉布变身成为高性能的电磁屏蔽材料。”张艳说，“该材料能像盾牌一样有效阻挡各种电磁波干扰，最高能衰减99.9999999%的电磁波。”

在有电流产生的地方，电压越大，辐射就越大。张艳用一块“炭布”做了防辐射对比测验：一个工作中的插线板测到的电压是116伏，裹上“炭布”后测到的电压为32伏。

此外，相比传统炭化的方法，张艳团队研发的快速节能炭化技术将炭化时间缩短超96%，实现节能约90%以上。

“我们通过新型改性工艺，成功地将废弃棉织物转化为柔性电磁屏蔽炭织物。”张艳介绍说，这项技术不仅摆脱了传统电磁屏蔽材料对金属和石油基原料的依赖，更为废弃纺织品的处理提供了新思路。

在实验过程中，张艳带领团队密切关注各项数据指标，不断优化工艺参数。她介绍：“我们早期做出来的‘炭布’又硬又脆，很难应用推广，后来通过反复尝试，优化了炭化工艺，使‘炭布’变软，让组织结构得以完好保留，并将单批次产能提高20倍以上。”

让技术得到更大范围应用

张艳团队研发的“炭布”具有新型异质结构，并可以通过多重电磁波反射吸收机制，实现高效的电磁屏蔽防护。同时，该材料在高温下仍能保持结构完整性，破解了传统材料遇热屏蔽性能就失效的难题。

“我们对废弃旧织物进行一体化制备，不仅减少了资源浪费，还符合绿色环保的可持续发展理念。”张艳透露，团队正将该技术推向市场。

今年5月，张艳指导的学生团队项目“废弃棉材衍生电磁屏蔽炭织物的高效制备及防护应用”获得浙江省第十九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛决赛金奖。

学生陆嘉渔和范根生作为“挑战杯”项目团队的主要负责人，正在通过科研项目竞赛方式进行训练，计划在今年下半年开展中试并注册公司，后续还将通过参加竞赛提升技术产品和创业团队的知名度。

谈及市场需求，张艳表示，随着智能家居和物联网的普及，电磁干扰问题日益凸显。而电磁屏蔽炭化纺织品的应用，则能够有效提升产品的抗干扰能力，为用户带来更加稳定、可靠的使用体验。

由于“炭布”拥有柔性、防火、耐酸碱等特性，未来有望应用于柔性电子设备、航天航空和消防建筑等领域，如太空防护服和消防避火服等，为人们的生命安全提供更加坚实的保障。

张艳透露，该项目已构建了“高校原创研发—企业试用转化—产业应用推广”的闭环路径，初步实现了科研成果的转化。

与此同时，张艳在研究中发现，具备电加热特性的“炭布”还可以制成取暖装置，在价格上比石墨烯材料便宜很多，有望走进千家万户。

“下一步，我们计划先在学校和创新中心提供的中试基地扩大生产规模，优化生产工艺，降低成本，让这项技术得到更大范围的应用。”张艳说。