浙江大学团队通过模仿北极熊毛的结构，制备出一种封装了气凝胶的超保暖人造纤维，这种材料同时具备保暖、轻薄和耐用的特点。2023年12月22日，这项成果相关论文发表于国际期刊《科学》杂志。
该成果由浙江大学化学工程与生物工程学院柏浩教授和高分子科学与工程学系高微微副教授团队完成。
柏浩说，北极熊依靠一身超强保暖的毛发能适应零下40摄氏度的环境。他们发现，北极熊毛是中空结构，里面封装了大量“静止”的空气，每一根毛发都有一层壳。在电子显微镜下，这层壳大概有20微米厚，占了毛发直径的近四分之一。
受到这个发现的启发，研究团队历时近6年，制备出一种新型“核—壳”结构纤维。纤维的中心是高分子气凝胶，其内部分布着直径大约为10至30微米的纤长的小孔。小孔朝着同一个方向排列，像一个个存储空气的“仓库”。纤维表面有一层TPU(热塑性聚氨酯橡胶)外壳将内部的气凝胶包裹起来。
“‘核’负责实现超强保暖，通过调控纤维内部小孔的方向与尺寸，有望‘锁住’红外辐射，防止热量的流失；‘壳’负责强韧耐用，为纤维提供了良好的力学支撑，使其耐磨、耐拉伸、耐水洗。”柏浩说。
为了验证保暖效果，研究人员在零下20摄氏度的恒温冷库中，试穿验证了初始温度相同的羽绒衣、羊毛衣、棉毛衫和“北极熊毛衣”的保暖效果。衣物表面温度上升得越少代表人体热量流失越少、衣物的保暖性能越好。
研究人员发现，测试数分钟后，棉毛衫的表面温度上升到10.8摄氏度，羽绒衣的表面温度上升到了3.8摄氏度。而厚度与羊毛衣接近，仅为羽绒衣三分之一至五分之一厚度的“北极熊毛衣”表面仅上升到3.5摄氏度。
“北极熊毛让我们看到了大自然是如何让‘核’与‘壳’各司其职的，仿生研究的本质就是向大自然学习如何解决问题。”柏浩说，通过揭示大自然的秘密，发现新知识，创造改善人们生活的新材料是仿生研究的使命，也是团队多年来坚持的追求。 |
