浙大團隊仿北極熊毛,發明「熱隱身」織物!什麼鴨毛鵝毛,和它比都弱爆了

中國新年初五，一隻身披北極熊馬甲的小兔子，在材料科學領域的國際領先學術雜誌《先進材料》上亮相，馬上獲得《自然》、《新科學家》等多本雜誌的報導。

穿「北極熊馬甲」的兔子（身長10~20釐米） 崔瀅 攝

　　這件馬甲，是浙江大學化學工程與生物工程學院柏浩教授團隊的最新科研成果——它模仿北極熊毛髮結構，是一種有序多孔的高效隔熱保溫織物；同時，披上這種「戰袍」的生物體，能在紅外線成像設備中實現熱隱身。

　　北極熊，香蕉熊

　　柏浩的創意，是從北極熊的紀錄片裡得來的：

　　生活在北極的北極熊，靠穿著一身「貂」，與極寒抵抗。

　　其實，北極熊與棕熊是同門，有共同的祖先，而它實際是一隻「香蕉熊」——純白色，只是熊毛的顏色，熊毛下遍布全身的皮其實是黑色的。

　　完全罩住北極熊的稠密白毛，能高效地將熊身上的熱量與戶外的冰天雪地隔離開來，奧秘在於每一根北極熊毛的微小結構。

　　錢報記者在柏浩的實驗室，親手摸到了北極熊的毛。每一根直徑100微米的（1毫米=1000微米）北極熊毛，手感近似人類發質粗密的頭髮。

　　如果剖開一根北極熊毛的橫截面，在電子顯微鏡下，它呈現出來的是一個微型建築物：

顯微鏡下的北極熊毛（左）和浙大的仿生有序多孔纖維（右） 崔瀅 攝

　　北極熊的毛相當於一根管道，裡面充滿了多個孔洞。這種結構對光線裡面的紅外線，有非常好的反射作用。同時，在寒冷的天氣裡面，它能夠封存住大量的空氣，高效地儲存熱量。

　　保暖衣，隱身衣

　　如果我們能夠製作出北極熊毛類似的仿生材料，那麼人類也將具備極限環境中的抗寒能力。

　　柏浩課題組研發出一種冷凍紡絲技術。他們將蠶絲溶解於水中，製成含水量達95%的紡絲溶液；再用注射器將紡絲溶液慢慢擠入冷凍裝置，形成直徑約為200微米的單絲纖維；最後通過冷凍乾燥令纖維中的冰晶升華留下眾多有序的片層孔。

　　這種有序多孔纖維材料，和北極熊的毛一樣，具有大量大小均勻的空洞，能夠隔絕外部的冷空氣。

　　課題組製作了一根長絲，截成多段後，由柏浩課題組的碩士生崔瀅，給身長20釐米的小兔子，織了一件平針馬甲。

　　這就是小兔子最後的造型。實驗顯示，在-10℃到40℃的環境中，紅外相機幾乎觀測不到被仿生織物覆蓋的生物體的熱量，成功實現「隱身」。        

　　小兔子沒穿馬甲、穿實驗服、穿「浙大北極熊馬甲」後，在紅外線相機下的成像比對。披了北極熊皮的兔子，幾乎觀測不到被仿生織物覆蓋的生物體的熱量，成功實現「隱身」。

　　這項實驗提示了新型材料的一種潛在用途——隱身衣。在《007》系列電影中，黑夜中的邦德，也沒有設備能夠避開熱感應的監測。如果有一件隔熱的北極熊馬甲，在沒有光線的情況下，人可以做到完全隱身。

　和鵝比，北極熊衣才是真正的極寒戰袍

　　昨天錢報編輯部的同事圍觀了這件馬甲，提出一個問題。拼保暖，這群找人代購「加拿大鵝」（Canada Goose，國際著名羽絨衣品牌，以時尚和保暖著稱 ）的女子們問我：

　　「跟『鵝』比，科學家的『北極熊』怎麼樣？」

　　「首先，從生產角度講，這種人造材料的製備肯定比飼養鵝要方便、廉價，而且想要織多少就能織多少。」柏浩說，兔子的馬甲，原料就是兩個蠶繭，物料成本人民幣5毛錢不到。

　　「加拿大鵝」是加拿大原產羽絨衣，鵝有限，產量有控制。這個牌子被華人炒熱後，男人女人都要買小號「鵝」，哪裡那麼多鵝給你們充衣服啦。

　　因為這種材料95%是空氣，大部分是空氣，蠶絲只佔到5%。「浙大北極熊」價格相當誘人。

　　柏浩團隊計算了一下，如果按照保暖一的織物是由單絲直徑1毫米的纖維來織的話，成本大概是3分錢/米。織1平米需要2000米纖維，相當於用1毫米粗的毛線織一件毛衣差不多的量，成本價格大約是40~60元。

兔子穿的「北極熊馬甲」的一部分 崔瀅 攝 來源《先進材料》

　　

「比保暖係數，我沒有研究過羽絨衣的情況，但是可以給你一個科學上的參數比對。」柏浩告訴記者，靜止空氣的導熱率是26（導熱率越高，熱量傳遞得越快）。

　　天然的北極熊毛，導熱率是27左右，已經非常接近靜止空氣的導熱率。

　　柏浩團隊製備的仿生纖維，導熱率最低只有19。

　　「而且人造的材料，可以添加更多人類所需的功能。」柏浩課題組還將碳納米管加入這種仿生纖維，製造出電加熱織物。

　　「在5伏的電壓下，電加熱織物的溫度可以在一分鐘內從24℃升高至36℃。這種多功能可穿戴織物既可以實現被動隔熱，也可以實現主動生熱。」

　　論文的其他作者還有龔華鑫（本科生）、王玉潔（碩士生）、李德文（博士生），該項研究得到了國家自然科學基金和國家「青年千人」計劃的資助。

源自：浙江24小時-錢江晚報

記者 章咪佳 通訊員 王平