這樣的北極熊「毛衣」給我來一打！還具備「熱隱身」功能

生活在極地世界的北極熊是最不怕冷動物之一，原因自然是北極熊們自帶一身最抗寒的「皮草」。近日，浙江大學化學工程與生物工程學院柏浩教授團隊用獨特的「凍紡」術紡出人造纖維，其隔熱性能與北極熊的毛髮媲美。

實驗證明，穿上人造纖維編織成「毛衣」的小兔子，能成功「逃」過紅外相機的追蹤。

該研究成果的論文《仿北極熊毛的隔熱織物》發表在《先進材料》後，相關科研亮點被《自然》、《新科學家》和美國化學會等陸續報道。

多孔毛髮「鎖住」北極熊體溫

眾所周知，北極熊一身輕盈油亮的毛髮能夠將熱量緊緊的鎖在體表內，為其創造溫暖舒適的微環境。

每根北極熊的毛大約15厘米長，直徑大概在200微米左右，和人的頭髮差不多粗細。放在電鏡下觀察會發現，其毛髮一根中空而半透明的小管，孔徑15-20微米左右。小孔周圍還有許多更為狹長的小孔，也沿著同一方向伸展。

人造北極熊毛微觀電鏡結構。圖片由本文作者提供

柏浩告訴記者，毛髮中的小孔內「封裝」著空氣，空氣靜止了，熱對流就無法產生，從而減少了熱量的流失。北極熊的毛幾乎不泄露熱量，及時是紅外相機拍攝，也無法探測到熱量。

他進一步解釋道，這與人類穿衣保暖是同一個道理，層層的衣服將空氣包裹在身體周圍，產生保溫效果。

於是，柏浩思考，能不能做出一件北極熊的「毛衣」來？

「凍紡」術造就低成本、「熱隱身」

經過一年多嘗試，團隊開發出一種「凍紡」術，用天然的蠶絲蛋白紡成纖維，其結構與隔熱功能都可與北極熊的毛媲美。

在實驗室內，記者看到了一台正在工作的「紡紗機」：濃度為5%的蠶絲蛋白水溶液，被注射穿過一個冰冷的銅環，水溶液中的水遇冷凝成冰晶，溶液被重新「塑形」成纖維。

這些纖維經過冷凍乾燥，冰晶蒸發了，便留下一條條由蠶絲蛋白組成的纖維，外形酷似北極熊的毛。

在電鏡下「仿製毛」內部層層有序地分布著狹長小孔。「多孔材料質地往往較脆，而這種層層有序的分布，賦予了材料一定的強度。」柏浩表示，這是材料實現紡織和穿戴的必要條件。

具有「熱隱身」功能的仿生隔熱織物，在紅外相機下顯示隔熱效果。圖片由本文作者提供

團隊將人造纖維織成一塊布，所用蠶絲蛋白的量相當於兩顆蠶繭。在-10℃到40℃的環境中，紅外相機下的小兔子頭部輪廓清晰可見，而穿著人造纖維衣服的身軀則無法探測到。

實驗證明了，小兔子體表溫度被鎖在了人造纖維的衣服內，從而實現了完美「熱隱身」。

課題組還對天然北極熊毛與仿生纖維導熱率進行了對比：天然北極熊毛導熱率是27，仿生纖維的導熱率最低為19。導熱率越低，表示隔熱性能越好。

仿生終極目標超越自然材料

這一仿生隔熱纖維的誕生，也展示了美好的應用前景：未來的冬天，我們或許可告別厚重的外套，披一件薄如蟬翼的「毛衣」便可出門；野外作戰的士兵，在「熱隱身衣」的保護下，可成功躲過紅外探測……

「在隔熱功能上仿生北極熊，這只是我們研究的第一步。」柏浩說，仿生的終極目的，並不是製造出和自然一模一樣的產品，而是研發設計功能更為強大的材料。

「

目前，課題組正在做出一些探索：如在纖維中加入導電的碳納米管，就可以做出用於戶外的攜帶型電熱毯，充電數秒，溫度就可以上升10攝氏度。不但隔熱，還是「秒熱」。

」

「此外，我們還在研發用於高溫隔熱的功能材料。」柏浩說。

編輯：朱麗

審核：管晶晶

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