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

據介紹，“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域具有巨大潛力 ， 且對于各種新興應用，如可穿戴電子設備和個人熱管理，都是必要的 。
相關研究論文以“Biomimetic, knittable aerogel fiber for thermal insulation textile”為題 ， 已發表到權威科學期刊 Science 上 。


在一篇同期發表的評論文章中，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張學同、副研究員盛智芝寫道，“Wu 等人發現了一種可行的策略，即構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展 。”
優于羊毛、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采訪時表示，“從原理上來講 ， 氣凝膠用來保暖是可以實現的，而且未來發展前景較好 。目前氣凝膠結構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的核-殼結構，開發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制備 EAFs，通過冷凍旋轉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 。
例如，如何發展快速紡絲技術？目前 ， 氣凝膠纖維的濕法紡絲速率約為 20 米/分鐘，與工業級傳統纖維的濕紡（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制備技術？連續紡絲和間歇式干燥雖然已經實現 ， 但將這兩個過程有機結合的全連續化制備技術依然難以成為現實 。要實現氣凝膠纖維的全過程連續化制備技術，有必要深入理解快速減壓干燥脫溶劑的原理，并解決連續化裝備的開發 。
然而，隨著先進材料的開發和先進制備技術的形成 ， 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 ， 中國科學技術大學的研究小組成功研發出一種全天然仿木氣凝膠 。該材料采用天然生物質和天然礦物為原料，具備出色的隔熱和耐火性能 。據介紹，這種全天然仿木氣凝膠有望成為商業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出良好的生物降解性和可持續性，有望減輕隔熱材料在生產、使用和廢棄過程中對環境的負面影響 。
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部物體的干擾，實現主動隔熱 ， 可廣泛應用于熱敏元器件的熱防護 。
綜合來看，近年來隔熱材料領域的研究不斷涌現出引人矚目的創新成果 。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，同時也在可持續性發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，還注重環保和可持續性 ， 為未來的綠色科技發展提供了可行的路徑 。
我們期待，這些創新材料在更廣泛的領域中得到應用，為社會的可持續發展和人們的生活品質帶來更多積極影響 。
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
【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！】https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202302387

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