對於北極熊來說，它們的脂肪、皮膚和皮毛提供的保溫是寒冷的北極生存的問題。對於工程師來說，北極熊毛髮是合成材料的夢想模型，可以鎖定熱量。現在，中國的材料科學家開發出了這樣一種絕緣體，再現了單個北極熊毛的結構，同時縮放到由許多毛髮組成的材料，用於建築和航空航天領域的實際應用。他們的工作將於6月6日發表在Chem上。
「北極熊毛經過進化，有助於防止寒冷和潮溼條件下的熱量流失，這使其成為合成隔熱材料的絕佳模型，」共同資深作者俞書宏說，他是中國科學技術大學化學教授。「通過用碳管制作管狀氣凝膠，我們可以設計出類似的彈性和輕質材料，可以捕獲熱量而不會在其使用壽命期間明顯降低。」
與人類或其他哺乳動物的毛髮不同，北極熊毛是空心的。在顯微鏡下放大，每個都有一個長的圓柱形芯，直接穿過它的中心。眾所周知，這些空腔的形狀和間距是其獨特的白色塗層的原因。但它們也是顯著的保溫能力，耐水性和彈性的來源，所有這些都是在熱絕緣體中模仿的理想特性。
「中空中心限制了熱量的移動，也使個別頭髮輕盈，這是材料科學中最突出的優勢之一，」中國科技大學副教授劉建偉說。為了模仿這種結構並將其擴展到實際尺寸，研究團隊 - 由中國科學技術大學機械工程教授Yong Ni共同領導 - 製造了數百萬個掏空碳管，每個碳管相當於一根頭髮，將它們捲成義大利麵條狀的氣凝膠塊。
與其他氣凝膠和絕緣組件相比，他們發現極地熊式空心管設計重量更輕，更耐熱流。它也幾乎不受水影響 - 這是一個方便的功能，既可以保護北極熊在遊泳時保持溫暖，又可以在潮溼條件下保持絕緣性能。作為獎勵，新材料非常有彈性，甚至比頭髮本身更具彈性，進一步提升了其工程適用性。
擴大製造工藝以建造米尺度而非釐米尺寸的絕緣體將是研究人員面向相關工業用途的下一個挑戰。「雖然我們的碳管材料目前不能輕易批量生產，但我們希望在我們努力實現極端航空航天應用時克服這些尺寸限制，」Yu說。