受极地居民北极熊的“大厚毛衣”启发,浙江大学教授柏浩和副教授高微微悟出了一种新策略。他们通过模仿北极熊毛的“核-壳”结构,制备出一种封装了气凝胶的超保暖人造纤维。相关论文12月22日发表于《科学》。

“它具有传统保温材料隔热功能,并能‘封锁’人体向外辐射的红外线。相较传统材料,它的耐拉伸等力学性能大大提升,可直接机织,真正实现把气凝胶穿在身上。”论文通讯作者柏浩表示,不久的将来,人们有望只穿一件薄薄的衬衫,就能像北极熊一样不畏严寒。

从北极熊身上得到的启示

北极熊天生一身超强保暖“毛衣” ,使其能适应零下40摄氏度的环境。北极熊的毛是中空结构,里面封装了大量“静止”的空气,通过抑制热传导和热对流减少热量的流失。如今许多保暖衣物的设计运用了这一原理,比如衣物采用的羊毛、羽绒都有抑制热传导和热对流的作用。

为了让衣物在保暖的同时更加轻薄,人们自然想到了用更少的材料封装更多的空气。孔隙率极高、密度比空气还小的气凝胶是一种理想选择。在过去几十年中,人们试图将气凝胶涂装在织物表面,或者直接“纺”出含有气凝胶的纤维。

然而,气凝胶涂层容易脱落,材料气凝胶含量有限,耐磨、抗拉伸等力学性能不佳等问题,限制了下一代保暖衣物性能提升的空间。

在这样的背景下,2018年,柏浩课题组做出了第一代“北极熊毛衣”。但现有的几种方案不能同时实现保暖、轻薄和耐用。

带着新的挑战,柏浩课题组再次翻开了他们的“教科书”——北极熊毛。果然,他们注意到一个被忽略的细节:北极熊的毛不仅是中空的,而且还有一层壳!在电子显微镜下,这层壳大概有20微米厚,占毛发直径的近1/4。正是这个发现,启发团队研制“北极熊毛2.0”。

“锁”住红外辐射

借鉴北极熊毛的 “核-壳”结构,历时近6年,团队研制出一种新型纤维,其中心是高分子气凝胶,内部分布着直径大约10到30微米的纤长小孔,它们朝同一个方向排列,像一间间存储空气的“仓库”。同时,一层