要風(fēng)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(xué)期刊 Science。

據(jù)介紹，“北極熊毛衣”由浙江大學(xué)柏浩教授團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(duì)于各種新興應(yīng)用，如可穿戴電子設(shè)備和個(gè)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(xué)期刊 Science 上。

在一篇同期發(fā)表的評(píng)論文章中，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張學(xué)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(jī)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(dòng)先進(jìn)的保暖熱紡織品的發(fā)展?！?/p>

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(huì)出現(xiàn)帶有黑科技色彩的詞語(yǔ)，一些品牌推出“氣凝膠抗寒服”，號(hào)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(xué)紡織學(xué)院研究員李召嶺在接受成都科協(xié)采訪時(shí)表示，“從原理上來(lái)講，氣凝膠用來(lái)保暖是可以實(shí)現(xiàn)的，而且未來(lái)發(fā)展前景較好。目前氣凝膠結(jié)構(gòu)材料本身的力學(xué)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?！?/p>

在此次研究中，柏浩教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)模仿北極熊毛發(fā)的核-殼結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了一種高分子殼層封裝的 EAFs，克服了長(zhǎng)期以來(lái)困擾脆弱氣凝膠在強(qiáng)韌隔熱紡織品中實(shí)際應(yīng)用的障礙。

研究采用了一種簡(jiǎn)便的兩步法連續(xù)制備 EAFs，通過(guò)冷凍旋轉(zhuǎn)獲得排列有序的多孔氣凝膠纖維，隨后進(jìn)行一步涂覆干燥。由于熱塑性聚氨酯（TPU）****具有高機(jī)械強(qiáng)度和可拉伸性（1000% 拉伸應(yīng)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(jì)與制備（來(lái)源：該論文）

EAFs 可以在豐富的氣穴中捕獲空氣（超過(guò) 90% 孔隙率），提供足夠的隔熱性能。由 EAFs 制成的毛衣的熱導(dǎo)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(dāng)，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(jī)織、針織氣凝膠紡織品（來(lái)源：該論文）

然而，盛智芝表示，要想將氣凝膠纖維應(yīng)用在實(shí)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(jí)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(shí)現(xiàn)，但將這兩個(gè)過(guò)程有機(jī)結(jié)合的全連續(xù)化制備技術(shù)依然難以成為現(xiàn)實(shí)。要實(shí)現(xiàn)氣凝膠纖維的全過(guò)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(kāi)發(fā)。

然而，隨著先進(jìn)材料的開(kāi)發(fā)和先進(jìn)制備技術(shù)的形成，氣凝膠纖維的應(yīng)用未來(lái)可期。

隔熱材料，未來(lái)可期

氣凝膠纖維是下一代隔熱紡織品的有望材料，在過(guò)往的研究取得了巨大的進(jìn)展。與此同時(shí)，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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(lái)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(guò)程中對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

另外，今年 8 月，華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)了熱隱身超材料，該材料具備多種自由形狀、背景溫度獨(dú)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(chǎng)對(duì)器件內(nèi)部物體的干擾，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)隔熱，可廣泛應(yīng)用于熱敏元器件的熱防護(hù)。

綜合來(lái)看，近年來(lái)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(xué)家們正在不斷拓展材料的應(yīng)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(yàn)，同時(shí)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(jìn)步，人們對(duì)隔熱材料的需求也將日益增長(zhǎng)。新材料的問(wèn)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(lái)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(yīng)用，為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和人們的生活品質(zhì)帶來(lái)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