要風度也要溫度！Science重磅：“北極熊毛衣”暖如羽絨服，厚度僅五分之一！

受北極熊毛皮啟發(fā)，比傳統(tǒng)羽絨服更薄，但同等保暖的“黑科技毛衣”，今天登上了權(quán)威科學期刊 Science。

據(jù)介紹，“北極熊毛衣”由浙江大學柏浩教授團隊模仿北極熊皮毛制成的封裝氣凝膠纖維（EAFs）編織而成，具有卓越的隔熱性、柔韌性、可洗性和染色性，且厚度僅為同等保暖度羽絨服的五分之一。

研究團隊表示，這類紡織品在軍用制服和太空服等領(lǐng)域具有巨大潛力，且對于各種新興應用，如可穿戴電子設(shè)備和個人熱管理，都是必要的。

相關(guān)研究論文以“Biomimetic, knittable aerogel fiber for thermal insulation textile”為題，已發(fā)表到權(quán)威科學期刊 Science 上。

在一篇同期發(fā)表的評論文章中，中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張學同、副研究員盛智芝寫道，“Wu 等人發(fā)現(xiàn)了一種可行的策略，即構(gòu)建具有出色隔熱性和機械韌性的仿生可編織氣凝膠纖維，這是一種能夠制成具有空氣透氣性的紡織面料，可能推動先進的保暖熱紡織品的發(fā)展。”

優(yōu)于羊毛、尼龍和滌綸紡織品

最近，在部分冬季服裝售賣的直播間里面會出現(xiàn)帶有黑科技色彩的詞語，一些品牌推出“氣凝膠抗寒服”，號稱其具有比羽絨服更加輕薄保暖的功效。氣凝膠真有這么好的保暖抗寒效果嗎？

日前，東華大學紡織學院研究員李召嶺在接受成都科協(xié)采訪時表示，“從原理上來講，氣凝膠用來保暖是可以實現(xiàn)的，而且未來發(fā)展前景較好。目前氣凝膠結(jié)構(gòu)材料本身的力學性能很差，極易破碎和粉化，缺乏柔韌性和懸垂性，不太適合直接用在日常紡織品和服裝上。“

在此次研究中，柏浩教授團隊通過模仿北極熊毛發(fā)的核-殼結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種高分子殼層封裝的 EAFs，克服了長期以來困擾脆弱氣凝膠在強韌隔熱紡織品中實際應用的障礙。

研究采用了一種簡便的兩步法連續(xù)制備 EAFs，通過冷凍旋轉(zhuǎn)獲得排列有序的多孔氣凝膠纖維，隨后進行一步涂覆干燥。由于熱塑性聚氨酯（TPU）****具有高機械強度和可拉伸性（1000% 拉伸應變），故研究人員選擇將其作為封裝層。

圖｜封裝氣凝膠纖維的設(shè)計與制備（來源：該論文）

EAFs 可以在豐富的氣穴中捕獲空氣（超過 90% 孔隙率），提供足夠的隔熱性能。由 EAFs 制成的毛衣的熱導率為 26.9±1.8 mW/(m·K)，優(yōu)于羊毛、尼龍和滌綸紡織品，該毛衣僅為羽絨服裝的五分之一厚，但隔熱性能卻相當，并且具有出色的可洗性和可染性。

圖｜具有優(yōu)異保溫性能的機織、針織氣凝膠紡織品（來源：該論文）

然而，盛智芝表示，要想將氣凝膠纖維應用在實際生活中，我們依然面臨著一些挑戰(zhàn)。

例如，如何發(fā)展快速紡絲技術(shù)？目前，氣凝膠纖維的濕法紡絲速率約為 20 米/分鐘，與工業(yè)級傳統(tǒng)纖維的濕紡（200 米/分鐘）、干紡（1500 米/分鐘）和熔融紡（5000 米/分鐘）相比還存在差距。

另外，如何解決紡絲和干燥一體化的全連續(xù)制備技術(shù)？連續(xù)紡絲和間歇式干燥雖然已經(jīng)實現(xiàn)，但將這兩個過程有機結(jié)合的全連續(xù)化制備技術(shù)依然難以成為現(xiàn)實。要實現(xiàn)氣凝膠纖維的全過程連續(xù)化制備技術(shù)，有必要深入理解快速減壓干燥脫溶劑的原理，并解決連續(xù)化裝備的開發(fā)。

然而，隨著先進材料的開發(fā)和先進制備技術(shù)的形成，氣凝膠纖維的應用未來可期。

隔熱材料，未來可期

氣凝膠纖維是下一代隔熱紡織品的有望材料，在過往的研究取得了巨大的進展。與此同時，除了氣凝膠纖維外，最近幾年在隔熱材料方面的研究也不斷取得突破。

今年 2 月，中國科學技術(shù)大學的研究小組成功研發(fā)出一種全天然仿木氣凝膠。該材料采用天然生物質(zhì)和天然礦物為原料，具備出色的隔熱和耐火性能。據(jù)介紹，這種全天然仿木氣凝膠有望成為商業(yè)隔熱材料的理想替代品。此外，其天然原料來源和低能耗低排放的制備工藝使得這種氣凝膠表現(xiàn)出良好的生物降解性和可持續(xù)性，有望減輕隔熱材料在生產(chǎn)、使用和廢棄過程中對環(huán)境的負面影響。

另外，今年 8 月，華中科技大學機械科學與工程學院團隊成功設(shè)計了熱隱身超材料，該材料具備多種自由形狀、背景溫度獨立，且具有全方向功能。這些超材料能夠有效屏蔽外部溫度場對器件內(nèi)部物體的干擾，實現(xiàn)主動隔熱，可廣泛應用于熱敏元器件的熱防護。

綜合來看，近年來隔熱材料領(lǐng)域的研究不斷涌現(xiàn)出引人矚目的創(chuàng)新成果。從氣凝膠纖維到全天然仿木氣凝膠，再到熱隱身超材料，科學家們正在不斷拓展材料的應用范圍和性能。這一系列的突破不僅為人們提供更為舒適、安全的生活體驗，同時也在可持續(xù)性發(fā)展的路上邁出了重要的一步。

隨著科技的不斷進步，人們對隔熱材料的需求也將日益增長。新材料的問世不僅提高了隔熱效果，還注重環(huán)保和可持續(xù)性，為未來的綠色科技發(fā)展提供了可行的路徑。

我們期待，這些創(chuàng)新材料在更廣泛的領(lǐng)域中得到應用，為社會的可持續(xù)發(fā)展和人們的生活品質(zhì)帶來更多積極影響。

參考鏈接：

www.science.org/doi/10.1126/science.adj8013

www.science.org/doi/10.1126/science.adm8388

https://www.nature.com/articles/d41586-023-04145-5

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202211099

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202302387