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神奇!用这种纤维材料制成的毛衣,仅羽绒服五分之一的厚度,但保暖效果一样优异

时间:2023-12-26 来源: 浏览:

神奇!用这种纤维材料制成的毛衣,仅羽绒服五分之一的厚度,但保暖效果一样优异

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入冬以来,全国多地出现断崖式降温,尤其在最高温度也在零下摄氏度的北方地区,怎样穿衣保暖成为人们绕不开的话题,有一层又一层裹得像棉被,也有穿 轻若无物的轻羽绒、空气棉服抵御严寒,但是不管穿什么貌似都有点笨重,行动不便。
那有没有一种衣服只有羽绒服五分之一的厚度,却和羽绒服一样保暖呢?
12月21日,一篇名为 “ Biomimetic, knittable aerogel fiber for thermal insulation textile” 的研究文章发表在《Science》杂志上。
该研究用一种模仿北极熊皮毛的纤维编织制成了一件毛衣,尽管 厚度只有羽绒服的五分之一,但保暖效果却和羽绒服一样好 。这种纤维是 由一种被称为 气凝 胶 的轻质合成材料制成的, 即使在拉伸、洗涤和染色后,也能保持其吸热性能 。

图源  Science
北极熊的皮毛有一个多孔的核心, 每根皮毛的核心都有几十个小气囊,被 包裹在一个致密、防水的外壳中,这种结构能够 防止热量散失,在极寒的北极环境中保障北极熊的体温, 但重量相对较轻。
受这种结构的启发,研究者们 使用一种被称为冷冻纺丝的方法来制造 气凝胶纤维,来 模仿北极熊皮毛的多孔内部结构 。随后,研究人员在气凝胶外层涂上一层薄薄的 弹性材料——热塑性聚氨酯来模仿北极熊皮毛的外壳 。

北极熊皮毛的横截面(左)和气凝胶纤维(右)

图源  Science

此前的研究发现, 气凝胶是最好的热锁材料之一,现已被用作建筑物的隔热材料。 但是,由气凝胶制成的纤维太脆,无法编织成可穿戴的纺织品,而且在洗涤和潮湿的环境中,往往会失去绝缘性能。

气凝胶被拉伸超过其现有长度的2%就会损坏,但这种受北极熊启发的复合纤维在拉力达到1000%后会弹回原来的长度,这表明使用具有弹性的涂层,使它比以前的气凝胶纤维更强、更有弹性。

接下来,研究人员用气凝胶纤维编织了一件毛衣,并将其与羽绒服、羊毛毛衣和长袖棉质上衣的隔热性能进行了比较。研究团队让志愿者在一个温度降至零下20摄氏度的房间里试穿每件衣服,并测量四件衣服的表面温度,以评估它们的保温效果。结果表明,这件以北极熊为灵感制成的毛衣的隔热性能是所有服装中最好的。

图源   Science

中国科学技术大学教授俞书宏表示, 尽管这项研究代表着朝着创造令人兴奋的新型薄热纺织品迈出了一步,但人造北极熊毛皮服装要成为主流服装还有很长的路要走, 目前,制造这种纤维的方法速度太慢 ,无法大规模生产。

该研究的共同作者、浙江大学副教授高微微表示,这种概念 验 证纤维未来可能会被用于有轻便耐用需求但 不需要动物皮毛或羽绒 的服装,比如运动服、军装和宇航服等。

参考资料:

--[1]  Mingrui Wu et al.  , Biomimetic, knittable aerogel fiber for thermal insulation textile.Science382,1379-1383(2023).   

--封面:Pixabay

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