科学家合成北极熊毛皮毛衣比羽绒服更薄,同样保暖

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中国科学家使用合成纤维制造了一件像这只熊一样贴身的毛衣

根据今天发表在《科学》杂志上的一项研究,由模仿北极熊皮毛的纤维编织而成的毛衣尽管厚度只有羽绒服的五分之一,但其保暖性与羽绒服一样多1.这种纤维由一种称为气凝胶的轻质合成材料制成,即使在拉伸、洗涤和染色后也能保持其吸热性能。

该研究的共同作者、中国浙江大学材料科学家Weiwei Gao说,这种概念验证纤维有朝一日可能会被用于需要轻便耐用的服装,如运动服、军装和宇航服,而不需要动物皮毛或羽绒。

研究发现,气凝胶是周围最好的热锁固材料之一2,它们已被用作建筑物的绝缘材料3.但是,由气凝胶制成的纤维通常过于脆弱和脆弱,无法编织成可穿戴纺织品,而且它们在洗涤后和潮湿环境中往往会失去绝缘性能。

多孔芯

因此,研究人员从北极熊的皮毛中寻找灵感。这种皮毛的每根线的核心都有数十个微小的空气袋,可以防止热量传导,使熊在恶劣的北极环境中保持温暖。这种多孔芯被致密的外壳包围,该外壳防水、柔韧且坚韧。

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北极熊皮毛(左)和气凝胶纤维(右)的横截面。

Gao和她的同事们使用了一种称为冷冻纺丝的方法 – 他们以前曾用这种方法从蚕中提取的溶液中制造纤维 – 制造气凝胶纤维串,模仿北极熊皮毛的多孔内部结构。为了复制外壳,研究人员在气凝胶上涂上了一层薄薄的弹性材料,称为热塑性聚氨酯,这种材料通常用于运动服装和设备。

气凝胶不能拉伸超过其现有长度的 2% 而不会损坏,但受北极熊启发的复合纤维在以 1,000% 的应变拉动后会反弹回原来的长度,这表明它比以前的气凝胶纤维更坚固、更有弹性,这要归功于其弹性涂层。这种纤维的绝缘性能在拉伸到其长度的两倍 10,000 次后也保持不变,并且在浸泡在水中、干燥或染色时不会改变其结构或形状。

接下来,研究人员用气凝胶纤维编织了一件毛衣,并将其隔热性能与羽绒服、羊毛毛衣和长袖棉质上衣进行了比较。该团队招募了一名志愿者在冷却至-20°C的房间里穿着每件衣服,他们测量了四件衣服的表面温度,以评估它们的保温程度。

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合成北极熊毛皮针织品,由其中一个研究小组建模。

精细绝缘体

虽然北极熊风格的毛衣厚度只有羽绒服的五分之一,但它的保暖性是所有服装中最好的。它的平均表面温度为3.5°C,而羽绒服的测量值为3.8°C,表明它释放的热量比毛衣略多。棉衬衫和羊毛衬衫的绝缘性最低,平均表面温度分别为10.8 °C和7.2 °C。气凝胶毛衣的保暖性在洗衣机中旋转几次后没有退化,这表明它足够耐用,可以经常穿着。

合肥中国科学技术大学(University of Science and Technology of China and Technology of China)的材料科学家俞淑红(Shu-Hong Yu)表示,尽管这项研究代表了朝着创造令人兴奋的新型薄型保暖纺织品迈出的一步,但合成北极熊毛皮服装距离出现在主流服装店还有很长的路要走。目前,制造纤维的方法太慢且耗能太高,无法扩大规模进行大规模生产。

但这是该团队正在努力的事情,该研究的合著者、浙江大学材料科学家Hao Bai说。“我们正计划提高其可扩展性,”他说。

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