[科学技术]用多孔仿生纤维 织就一款北极熊“毛衣”

具有“热隐身”功能的仿生隔热面料，在红外摄像头下呈现隔热效果。照片由卢提供

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生活在极地的北极熊是最不怕冷的动物之一。自然原因是北极熊自带的“皮毛”是最耐寒的。最近，浙江大学化学工程与生物工程学院的白浩教授的团队使用了一种独特的“冷冻纺丝”技术来纺制人造纤维，其隔热性能堪比北极熊毛。

《高级材料》《自然》《新科学家》《美国化学学会》的论文《模仿北极熊毛的隔热面料》发表后，纷纷报道。

多孔的毛发“锁住”北极熊的体温

众所周知，北极熊光亮闪亮的毛发可以将热量紧紧锁在体表，为它们创造一个温暖舒适的微环境。每只北极熊的毛发长约15厘米，直径与人的毛发大致相同。然而，当在电子显微镜下观察时，可以发现在毛发中存在中间的空半透明孔，并且在孔周围存在许多更窄的孔，这些孔也沿相同方向延伸。

白浩告诉记者，空气体被“包裹”在头发的毛孔中。当空气体静止时，不会产生热对流，从而减少热量损失。北极熊的毛发几乎不漏热，即使用红外相机拍摄，也探测不到热量。

所以，白浩想，你能做一件北极熊的“毛衣”来帮助人类抵御寒冷吗？

“冷冻纺丝”制造低成本的“热隐身”纤维

经过一年多的试验，该团队开发了一种“冷冻纺丝”技术，利用天然丝蛋白来纺制纤维，其结构和隔热功能与北极熊毛相当。

在实验室里，记者看到一台正在工作的“纺丝机”:通过一个冰冷的铜环注入5%的丝蛋白水溶液，水溶液中的水凝结成冰晶，溶液被重塑成纤维。冷冻干燥这些纤维后，冰晶蒸发，留下一系列由丝蛋白组成的“仿毛”。

在电子显微镜下，“仿毛”上有狭长的孔洞。"多孔材料的结构通常是易碎的，这种有序的分布使材料具有一定的强度。"白浩说，这是编织和穿戴材料的必要条件。

该团队将人造纤维编织成一块布，实验证明，在-10℃至40℃的环境下，兔子的表面温度被锁定在人造纤维制成的衣服中，从而实现完美的“热隐身”。课题组还发现，天然北极熊毛导热系数为27，仿生纤维导热系数为19。导热系数越低，隔热性能越好。

仿生的最终目标超越了自然材料

这种仿生隔热纤维的诞生也显示出了光明的应用前景:即将到来的冬天，我们可能告别厚重的大衣，穿上薄如蝉翼的“毛衣”出门；野外作战的士兵可以在“热隐身衣”的保护下成功避开红外探测...

“仿生北极熊在隔热功能方面只是我们研究的第一步。”白浩说，仿生学的最终目标不是生产与自然一模一样的产品，而是开发具有更强大设计功能的材料。