Science重磅：浙大“北极熊毛衣”，暖如羽绒服，厚度仅1/5
受北极熊毛皮启发，比传统羽绒服更薄，但同等保暖的“黑科技毛衣”，今天登上了权威科学期刊 Science。
据介绍，“北极熊毛衣”由浙江大学柏浩教授团队模仿北极熊皮毛制成的封装气凝胶纤维（EAFs）编织而成，具有卓越的隔热性、柔韧性、可洗性和染色性，且厚度仅为同等保暖度羽绒服的五分之一。
研究团队表示，这类纺织品在军用制服和太空服等领域具有巨大潜力，且对于各种新兴应用，如可穿戴电子设备和个人热管理，都是必要的。
相关研究论文以“Biomimetic, knittable aerogel fiber for thermal insulation textile”为题，已发表到权威科学期刊 Science 上。
在一篇同期发表的评论文章中，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张学同、副研究员盛智芝写道，“Wu 等人发现了一种可行的策略，即构建具有出色隔热性和机械韧性的仿生可编织气凝胶纤维，这是一种能够制成具有空气透气性的纺织面料，可能推动先进的保暖热纺织品的发展。”
优于羊毛、尼龙和涤纶纺织品
最近，在部分冬季服装售卖的直播间里面会出现带有黑科技色彩的词语，一些品牌推出“气凝胶抗寒服”，号称其具有比羽绒服更加轻薄保暖的功效。气凝胶真有这么好的保暖抗寒效果吗？
日前，东华大学纺织学院研究员李召岭在接受成都科协采访时表示，“从原理上来讲，气凝胶用来保暖是可以实现的，而且未来发展前景较好。目前气凝胶结构材料本身的力学性能很差，极易破碎和粉化，缺乏柔韧性和悬垂性，不太适合直接用在日常纺织品和服装上。“
在此次研究中，柏浩教授团队通过模仿北极熊毛发的核-壳结构，开发了一种高分子壳层封装的 EAFs，克服了长期以来困扰脆弱气凝胶在强韧隔热纺织品中实际应用的障碍。
研究采用了一种简便的两步法连续制备 EAFs，通过冷冻旋转获得排列有序的多孔气凝胶纤维，随后进行一步涂覆干燥。由于热塑性聚氨酯（TPU）具有高机械强度和可拉伸性（1000% 拉伸应变），故研究人员选择将其作为封装层。
图｜封装气凝胶纤维的设计与制备（来源：该论文）
EAFs 可以在丰富的气穴中捕获空气（超过 90% 孔隙率），提供足够的隔热性能。由 EAFs 制成的毛衣的热导率为 26.9±1.8 mW/(m·K)，优于羊毛、尼龙和涤纶纺织品，该毛衣仅为羽绒服装的五分之一厚，但隔热性能却相当，并且具有出色的可洗性和可染性。
图｜具有优异保温性能的机织、针织气凝胶纺织品（来源：该论文）
然而，盛智芝表示，要想将气凝胶纤维应用在实际生活中，我们依然面临着一些挑战。
例如，如何发展快速纺丝技术？目前，气凝胶纤维的湿法纺丝速率约为 20 米/分钟，与工业级传统纤维的湿纺（200 米/分钟）、干纺（1500 米/分钟）和熔融纺（5000 米/分钟）相比还存在差距。
另外，如何解决纺丝和干燥一体化的全连续制备技术？连续纺丝和间歇式干燥虽然已经实现，但将这两个过程有机结合的全连续化制备技术依然难以成为现实。要实现气凝胶纤维的全过程连续化制备技术，有必要深入理解快速减压干燥脱溶剂的原理，并解决连续化装备的开发。
然而，随着先进材料的开发和先进制备技术的形成，气凝胶纤维的应用未来可期。
隔热材料，未来可期
气凝胶纤维是下一代隔热纺织品的有望材料，在过往的研究取得了巨大的进展。与此同时，除了气凝胶纤维外，最近几年在隔热材料方面的研究也不断取得突破。
今年 2 月，中国科学技术大学的研究小组成功研发出一种全天然仿木气凝胶。该材料采用天然生物质和天然矿物为原料，具备出色的隔热和耐火性能。据介绍，这种全天然仿木气凝胶有望成为商业隔热材料的理想替代品。此外，其天然原料来源和低能耗低排放的制备工艺使得这种气凝胶表现出良好的生物降解性和可持续性，有望减轻隔热材料在生产、使用和废弃过程中对环境的负面影响。
另外，今年 8 月，华中科技大学机械科学与工程学院团队成功设计了热隐身超材料，该材料具备多种自由形状、背景温度独立，且具有全方向功能。这些超材料能够有效屏蔽外部温度场对器件内部物体的干扰，实现主动隔热，可广泛应用于热敏元器件的热防护。
综合来看，近年来隔热材料领域的研究不断涌现出引人瞩目的创新成果。从气凝胶纤维到全天然仿木气凝胶，再到热隐身超材料，科学家们正在不断拓展材料的应用范围和性能。这一系列的突破不仅为人们提供更为舒适、安全的生活体验，同时也在可持续性发展的路上迈出了重要的一步。
随着科技的不断进步，人们对隔热材料的需求也将日益增长。新材料的问世不仅提高了隔热效果，还注重环保和可持续性，为未来的绿色科技发展提供了可行的路径。
我们期待，这些创新材料在更广泛的领域中得到应用，为社会的可持续发展和人们的生活品质带来更多积极影响。