一身具有超強保暖效果的“毛衣”，讓北極熊能適應零下40攝氏度的環境。北極熊的毛是中空結構，里面封裝了大量空氣，可通過抑制熱傳導和熱對流減少熱量流失。

保暖衣物的設計正是運用了這一原理。為了讓衣物在保暖的同時更加輕薄，科研人員試圖用更少的材料封裝更多空氣。孔隙率極高、密度比空氣還小的氣凝膠（空氣占總體積90%以上）是一種理想選擇。然而，由于氣凝膠涂層容易脫落，且氣凝膠含量有限，存在耐磨、抗拉伸等力學性能不佳等問題。若要將它用于提升衣物保暖性能，還需突破相關技術和工藝。

2018年，柏浩課題組模仿北極熊毛發結構，曾研制出一種有序多孔的隔熱保溫織物，然而其軸向抗拉伸性還不夠理想。帶著新的挑戰，柏浩課題組注意到一個被忽略的細節——北極熊的毛不僅是中空的，而且還有一層約20微米厚的殼，占了毛發直徑的近四分之一。

借鑒北極熊毛的“核—殼”結構，團隊歷時近6年，研制出了一種新型纖維。該纖維的中心是高分子氣凝膠，內部分布著直徑大約為10—30微米的纖長小孔。它們朝著同一個方向排列，像一個個存儲空氣的倉庫。同時，一層熱塑性聚氨酯彈性體外殼將內部的氣凝膠包裹起來。

“‘核’負責超強保暖。保暖從一定程度上講就是防止熱量的流失。”論文第一作者、浙江大學博士生吳明瑞介紹，人體散熱的主要形式包括熱輻射、熱對流、熱傳導和汗液蒸發等，其中熱輻射的影響最大（占比40%—60%），熱量以紅外輻射的形式流失。

吳明瑞解釋說，紅外線是從體表皮膚向外輻射。讓新型纖維內部小孔的取向與輻射方向垂直，同時調整尺寸，就有望匹配紅外線的波長，從而達到鎖住紅外輻射的目的。

“‘殼’負責強韌耐用。團隊為新型纖維設計的熱塑性聚氨酯彈性體，使得新型纖維能被拉伸到自身長度的兩倍而不斷裂，很好地滿足了衣物纖維的抗拉伸需求。”柏浩說，過厚的“殼”會影響纖維的保暖性能，團隊選取了一個最優值，兼顧了材料的保暖性能和力學性能。

在零下20攝氏度的恒溫冷庫內，聯合團隊進行了一項對比試驗——由科研人員分別試穿初始溫度相同的羽絨服、羊毛毛衣、棉毛衫和用新型超保暖人造纖維制成的“北極熊毛衣”，并記錄衣物表面溫度的上升情況。

“升溫越少代表人體熱量流失越少。”柏浩介紹，試驗開始幾分鐘后，棉毛衫的表面溫度上升到了10.8攝氏度，羽絨服的表面溫度上升到了3.8攝氏度。厚度和羊毛毛衣接近、僅為羽絨服三分之一到五分之一的新款“北極熊毛衣”表面溫度上升到3.5攝氏度。

“目前，實驗室內可連續制備這一新型纖維，并對新款‘北極熊毛衣’進行著色。”柏浩表示，其制備成本主要源于物料和加工。現階段物料成本雖低，但加工成本較高，若要實現工業化量產，還需要進一步改進工藝、降低成本，才能讓“北極熊毛衣”真正出現在貨架上。（洪恒飛 周煒 記者江耘）

責任編輯：張媛媛