[科普中國(guó)]-用多孔仿生纖維 織就一款北極熊“毛衣”

生活在極地世界的北極熊是最不怕冷動(dòng)物之一，原因自然是北極熊自帶一身最抗寒的“皮草”。近日，浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院柏浩教授團(tuán)隊(duì)用獨(dú)特的“凍紡”術(shù)紡出人造纖維，其隔熱性能可與北極熊的毛發(fā)媲美。該研究成果的論文《仿北極熊毛的隔熱織物》在《先進(jìn)材料》發(fā)表后，《自然》《新科學(xué)家》和美國(guó)化學(xué)會(huì)等進(jìn)行了陸續(xù)報(bào)道。多孔毛發(fā)“鎖住”北極熊體溫眾所周知，北極熊一身輕盈油亮的毛發(fā)能夠?qū)崃烤o緊地鎖在體表內(nèi)，為其創(chuàng)造溫暖舒適的微環(huán)境。每根北極熊的毛大約15厘米長(zhǎng)，直徑和人的頭發(fā)差不多粗細(xì)。但放在電鏡下觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，其毛發(fā)有一根中空而半透明的小孔，小孔周圍還有許多更為狹長(zhǎng)的小孔，也沿著同一方向伸展。柏浩告訴記者，毛發(fā)中的小孔內(nèi)“封裝”著空氣，空氣靜止了，熱對(duì)流就無法產(chǎn)生，從而減少了熱量的流失。北極熊的毛幾乎不泄露熱量，即使用紅外相機(jī)拍攝，也無法探測(cè)到熱量。于是，柏浩思考，能不能做出一件北極熊的“毛衣”來，幫助人類抵抗嚴(yán)寒呢？“凍紡”術(shù)造就低成本“熱隱身”纖維經(jīng)過一年多嘗試，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種“凍紡”術(shù)，用天然的蠶絲蛋白紡成纖維，其結(jié)構(gòu)與隔熱功能都可與北極熊的毛媲美。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，記者看到了一臺(tái)正在工作的“紡紗機(jī)”：濃度為5%的蠶絲蛋白水溶液，被注射穿過一個(gè)冰冷的銅環(huán)，水溶液中的水遇冷凝成冰晶，溶液被重新“塑形”成纖維。這些纖維經(jīng)過冷凍干燥，冰晶蒸發(fā)了，便留下一條條由蠶絲蛋白組成的纖維“仿制毛”。在電鏡下“仿制毛”內(nèi)部層層有序地分布著狹長(zhǎng)小孔?！岸嗫撞牧腺|(zhì)地往往較脆，而這種層層有序的分布，賦予了材料一定的強(qiáng)度?！卑睾票硎荆@是材料實(shí)現(xiàn)紡織和穿戴的必要條件。團(tuán)隊(duì)將人造纖維織成一塊布，并通過實(shí)驗(yàn)證明，在-10℃到40℃的環(huán)境中，小兔子體表溫度被鎖在了人造纖維的衣服內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了完美“熱隱身”。課題組還通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)熱率方面，天然北極熊毛的為27，仿生纖維的最低為19。而導(dǎo)熱率越低，代表隔熱性能越好。仿生終極目標(biāo)超越自然材料這一仿生隔熱纖維的誕生，也展示了美好的應(yīng)用前景：未來的冬天，我們或許可告別厚重的外套，披一件薄如蟬翼的“毛衣”便可出門；野外作戰(zhàn)的士兵，在“熱隱身衣”的保護(hù)下，可成功躲過紅外探測(cè)……“在隔熱功能上仿生北極熊，這只是我們研究的第一步?！卑睾普f，仿生的終極目的，并不是制造出和自然一模一樣的產(chǎn)品，而是研發(fā)設(shè)計(jì)功能更為強(qiáng)大的材料。（編輯：p_vmeilingpan）