The Innovation Materials | 仿生气凝胶纤维，抗寒保暖神器

如何实现气凝胶纤维的力学性能和隔热性能高效兼容是一个技术难题，为了兼得鱼与熊掌，本研究仿生北极熊毛发开发了新型封装气凝胶纤维，该研究有望使我们摆脱臃肿的羽绒服，像北极熊一样不畏严寒，提升生活品质。

导 读

2023年12月，Science刊登了浙江大学柏浩/高微微研究团队的研究成果，他们受北极熊毛中空多孔核壳结构的启发，通过解耦纤维的热学和力学功能，设计了一种新型封装气凝胶纤维，解决了气凝胶纤维长期以来力学性能和隔热性能不可兼得的难题[Science 382, 1379–1383 (2023)]。

图1 新型仿生封装气凝胶纤维

研究背景

随着科技的不断进步，人们对隔热材料的需求也日益增长。自从1931年诞生以来，气凝胶就被认为是超级保温材料。然而，气凝胶在保暖织物中的应用却受到了很大限制，无论将气凝胶涂在织物表面，还是纺丝成气凝胶纤维，都难以同时解决隔热、轻薄、柔韧性和耐用问题，因此开发可编织气凝胶材料仍然是一个挑战。

研究内容

北极熊毛发具有多孔核心和致密外壳的结构，其高孔隙率的多孔核层可有效锁住空气，确保优异保暖性能，致密壳层确保有效的力学保护，从而实现隔热与力学性能的平衡。基于此特殊结构，浙江大学柏浩/高微微研究团队仿生北极熊毛发开发了一种由热塑性聚氨酯弹性体（TPU）外壳和高分子气凝胶内核组成的新型封装气凝胶纤维（EAF），内核负责保暖，外壳负责强韧耐用，解决了气凝胶纤维长期以来力学性能和隔热性能不可兼得的应用难题。这种EAF可以被拉伸到自身长度的10倍而不断裂，其延伸性相比于传统气凝胶纤维提升了近3个数量级。在经历1万次拉伸循环（100%应变）后，EAF依然能够保持稳定的隔热性能。在同等保暖效果下，EAF编织的毛衣的厚度仅为羽绒服装的五分之一，并且具有出色的可洗性和可染性，也不会影响保暖性能。

总结与展望

仿生北极熊毛发的新型封装气凝胶纤维解决了气凝胶纤维长期以来力学性能和隔热性能不可兼得的难题，能够多管齐下应对热辐射、热对流、热传导，保暖性能得到极大提升。该项突破性研究有望使我们摆脱臃肿的羽绒服，像北极熊一样不畏严寒，提升生活品质。

责任编辑

薛晶晶 浙江大学

贺杨堃 北京航空航天大学

本文内容来自

The Innovation

姊妹刊

The Innovation Materials

第2卷第2期以Commentary发表的“Nature-inspired aerogel fiber” (投稿: 2024-02-22；接收: 2024-05-08；在线刊出: 2024-05-11)。

DOI

: https://doi.org/10.59717/j.xinn-mater.2024.100070

引用格式

：Chen X. (2024). Nature-inspired aerogel fiber. The Innovation materials 2(2), 100070.

作者简介

陈 晓

，副研究员，2019年在北京科技大学材料科学与工程学院获工学博士学位，现就职于北京师范大学物理与天文学院（原新材料研究院），主要研究方向包括热能转换与存储材料及电磁屏蔽吸收材料。在Chem. Rev., Energy Environ. Sci., Joule, Matter, ACS Nano, Nano Energy, Energy Storage Mater., SusMat, Carbon Energy等期刊发表SCI论文近100篇，多项研究入选期刊封面(6)、Editor's Choice (2)、ESI热点论文(3)和高被引论文(6)，被引用4000余次。申请国家发明专利26项，授权14项。担任光电材料器件网专家委员会常务理事，中国复合材料学会导热委员会委员。担任SusMat, Carbon Energy, Advanced Powder Materials, Exploration等多个期刊的青年编委。荣获"Nano Research Energy学术新星金奖"等。

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关键词：气凝胶,innovation,materials