2-21 穿上它，像北极熊一样抗寒

穿上它，像北极熊一样抗寒

半月谈记者  朱  涵

大自然的独到智慧，往往成为科学家的灵感源泉。近期，浙江大学团队通过借鉴北极熊毛的结构，制备出一种封装了气凝胶的轻薄、耐用超保暖人造纤维。也许，三九寒冬像北极熊一样暖，在不远的将来不再是梦想。

保暖，向北极熊“取经”

论抗寒保暖，极地“居民”北极熊是一本行走的“教科书”，它一身超强保暖的“毛衣”能适应零下40℃的环境。其中奥秘何在？

柏浩团队发现，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。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，内部分布着直径大约为10至30微米的纤长的小孔，就像一间间存储空气的仓库。纤维表面则添加了一层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，试穿了初始温度相同的羽绒衣、羊毛衣、棉毛衫和“仿北极熊毛衣”。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的“仿北极熊毛衣”仅上升到3.5摄氏度。衣物表面温度上升得越慢，意味着人体热量流失越少、衣物的保暖性能越好。

“新型气凝胶纤维着眼于热辐射、热对流、热传导多管齐下，保暖性能因此前进了一大步。”研究团队成员高微微副教授说，“目前所有的隔热材料都是靠封装尽量多的空气或者真空来抑制热传导和热对流。我们的纤维具有有序的孔结构，同时抑制了热辐射。这一差别，正是我们从北极熊毛不同于普通中空纤维的独特之处中获得的启示。”

从材料到毛衣，还要走几步？

“仅凭人类视角难于求解的问题，在自然中往往可以找到答案。目前自然界已存在的事物是经历了长期自然选择的最优解，而我们要做的就是在其中学习最优路径。”柏浩说。

“对于北极熊毛，我们还有一系列疑问有待解答，例如它如何做到既厚实，又能充分吸收太阳光热的？这是我们下一项研究努力解答的问题。”柏浩说。

2018年，柏浩课题组做出了第一代“北极熊毛衣”，引起了包括《自然》在内的学术期刊和产业界的广泛关注。可惜，材料的轴向抗拉伸性还不够理想，为了给小白兔裹上一层“北极熊毛衣”，研究生借助镊子小心翼翼才编出一片“盖毯”。而且，那时的纤维还不耐水洗。

6年后，曙光终于出现。“这次最重要的突破在于，大家看到了产业化的希望。”柏浩说。

在实验中，新型纤维可拉伸到自身长度的两倍而不断裂，很好地满足了衣物纤维的抗拉伸需求。经测试，此种纤维可直接用于商用纺织机编织面料，且可水洗、染色。

“接下来就是低成本、快速稳定制造的问题。”柏浩说，如果不能做到在大规模生产过程中进一步提升生产效率和降低产品成本，新型纤维的市场化就还无从谈起。

不过，柏浩相信，随着多家企业表态愿意加入成果转化的尝试，办法总比困难多：“顺利的话，也许再过一两年，人们就可以买到‘仿北极熊毛衣’。”

编辑：范钟秀

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