什么鸭毛鹅毛 和浙大出品的仿北极熊毛比都弱爆了

　　浙江24小时-钱江晚报记者 章咪佳 通讯员 王平

　　中国新年初五，一只身披北极熊马甲的小兔子，在材料科学领域的国际领先学术杂志《先进材料》上亮相，马上获得《自然》、《新科学家》等多本杂志的报道。


穿“北极熊马甲”的兔子（身长10~20厘米） 崔滢 摄

　　这件马甲，是浙江大学化学工程与生物工程学院柏浩教授团队的最新科研成果――它模仿北极熊毛发结构，是一种有序多孔的高效隔热保温织物；同时，披上这种“战袍”的生物体，能在红外线成像设备中实现热隐身。

　　北极熊，香蕉熊

　　柏浩的创意，是从北极熊的纪录片里得来的：

　　生活在北极的北极熊，靠穿着一身“貂”，与极寒抵抗。

　　其实，北极熊与棕熊是同门，有共同的祖先，而它实际是一只“香蕉熊”――纯白色，只是熊毛的颜色，熊毛下遍布全身的皮其实是黑色的。

　　完全罩住北极熊的稠密白毛，能高效地将熊身上的热量与户外的冰天雪地隔离开来，奥秘在于每一根北极熊毛的微小结构。

　　钱报记者在柏浩的实验室，亲手摸到了北极熊的毛。每一根直径100微米的（1毫米=1000微米）北极熊毛，手感近似人类发质粗密的头发。

　　如果剖开一根北极熊毛的横截面，在电子显微镜下，它呈现出来的是一个微型建筑物：


显微镜下的北极熊毛（左）和浙大的仿生有序多孔纤维（右） 崔滢 摄

　　北极熊的毛相当于一根管道，里面充满了多个孔洞。这种结构对光线里面的红外线，有非常好的反射作用。同时，在寒冷的天气里面，它能够封存住大量的空气，高效地储存热量。

　　保暖衣，隐身衣

　　如果我们能够制作出北极熊毛类似的仿生材料，那么人类也将具备极限环境中的抗寒能力。

　　柏浩课题组研发出一种冷冻纺丝技术。他们将蚕丝溶解于水中，制成含水量达95%的纺丝溶液；再用注射器将纺丝溶液慢慢挤入冷冻装置，形成直径约为200微米的单丝纤维；最后通过冷冻干燥令纤维中的冰晶升华留下众多有序的片层孔。



　　这种有序多孔纤维材料，和北极熊的毛一样，具有大量大小均匀的空洞，能够隔绝外部的冷空气。

　　课题组制作了一根长丝，截成多段后，由柏浩课题组的硕士生崔滢，给身长20厘米的小兔子，织了一件平针马甲。

　　这就是小兔子最后的造型。

　　实验显示，在-10℃到40℃的环境中，红外相机几乎观测不到被仿生织物覆盖的生物体的热量，成功实现“隐身”。   



　　<em>小兔子没穿马甲、穿实验服、穿“浙大北极熊马甲”后，在红外线相机下的成像比对。披了北极熊皮的兔子，几乎观测不到被仿生织物覆盖的生物体的热量，成功实现“隐身”。来源《先进材料》</em>

　　这项实验提示了新型材料的一种潜在用途――隐身衣。在《007》系列电影中，黑夜中的邦德，也没有设备能够避开热感应的监测。如果有一件隔热的北极熊马甲，在没有光线的情况下，人可以做到完全隐身。

　　和鹅比，北极熊衣才是真正的极寒战袍

　　昨天钱报编辑部的同事围观了这件马甲，提出一个问题。拼保暖，这群找人代购“加拿大鹅”（Canada Goose，国际著名羽绒衣品牌，以时尚和保暖著称 ）的女子们问我：

　　“跟‘鹅’比，科学家的‘北极熊’怎么样？”

　　“首先，从生产角度讲，这种人造材料的制备肯定比饲养鹅要方便、廉价，而且想要织多少就能织多少。”柏浩说，兔子的马甲，原料就是两个蚕茧，物料成本人民币5毛钱不到。

　　“加拿大鹅”是加拿大原产羽绒衣，鹅有限，产量有控制。这个牌子被华人炒热后，男人女人都要买小号“鹅”，哪里那么多鹅给你们充衣服啦。

　　因为这种材料95%是空气，大部分是空气，蚕丝只占到5%。“浙大北极熊”价格相当诱人。

　　柏浩团队计算了一下，如果按照保暖一的织物是由单丝直径1毫米的纤维来织的话，成本大概是3分钱/米。织1平米需要2000米纤维，相当于用1毫米粗的毛线织一件毛衣差不多的量，成本价格大约是40~60元。


兔子穿的“北极熊马甲”的一部分崔滢 摄 来源《先进材料》

　　“比保暖系数，我没有研究过羽绒衣的情况，但是可以给你一个科学上的参数比对。”柏浩告诉记者，静止空气的导热率是26（导热率越高，热量传递得越快）。

　　天然的北极熊毛，导热率是27左右，已经非常接近静止空气的导热率。

　　柏浩团队制备的仿生纤维，导热率最低只有19。

　　“而且人造的材料，可以添加更多人类所需的功能。”柏浩课题组还将碳纳米管加入这种仿生纤维，制造出电加热织物。

　　“在5伏的电压下，电加热织物的温度可以在一分钟内从24℃升高至36℃。这种多功能可穿戴织物既可以实现被动隔热，也可以实现主动生热。”

　　论文的其他作者还有龚华鑫（本科生）、王玉洁（硕士生）、李德文（博士生），该项研究得到了国家自然科学基金和国家“青年千人”计划的资助。


了解更多信息 欢迎关注科学探索微信公众号及微博