【王半山特稿】北極熊毛衣更薄，為什麼更保暖？

寒流來了，台灣這幾天特別冷，怎麼禦寒呢？讓我們去問北極熊，為什麼上帝送你的衣服那麼保暖呢？傑瑪·康羅伊 (Gemma Conroy)發表在最新一期《自然》(Nature)的<北極熊毛衣比羽絨外套更薄，但同樣保暖>( Polar bear fur-inspired sweater is thinner than a down jacket — and just as warm) 指出，發表在Science上的一項研究，由模仿北極熊皮毛的纖維編織而成的毛衣提供了與羽絨服一樣的保暖性，儘管其厚度只有羽絨服的五分之一。這種纖維由一種稱為氣凝膠的輕質合成材料製成，即使在拉伸、洗滌和染色後也能保持其吸熱性能。
研究的合著者、材料公司 Weiwei Gau 表示，這種概念驗證纖維有一天可能會用於需要輕便耐用的服裝，例如運動服、軍裝和宇航服，而不需要動物毛皮或羽絨。研究發現，氣凝膠是最好的熱鎖材料之一，並且已被用作建築物的隔熱材料。但氣凝膠製成的纖維通常太脆，無法織成可穿戴的紡織品，而且在洗滌後和潮濕環境中它們往往會失去絕緣性能。因此，研究人員從北極熊毛皮中尋找靈感。每根毛皮的核心都有數十個微小的空氣袋，可以防止熱量傳導出去，讓熊在惡劣的北極環境中保持溫暖。這種多孔核心被防水、柔韌且堅韌的緻密外殼包圍。
研究人員使用了一種稱為冷凍紡絲的方法——他們之前用這種方法用蠶的溶液製造纖維——來製造模仿北極熊毛皮多孔內部結構的氣凝膠纖維串。為了複製外殼，研究人員在氣凝膠上塗上了一層薄薄的彈性材料，稱為熱塑性聚氨酯，這種材料通常用於運動服裝和裝備。
氣凝膠在不損壞的情況下無法拉伸超過其現有長度的2%，但這種受北極熊啟發的複合纖維在受到1,000% 應變拉動後會彈回原來的長度，這表明它比以前的氣凝膠纖維更堅固、更有彈性。得益於其彈性塗層。這種纖維在被拉伸至其長度的兩倍、10,000 次後，其絕緣性能也保持不變，並且在浸入水中、乾燥或染色時，其結構或形狀也沒有改變。
接下來，研究人員用氣凝膠纖維編織了一件毛衣，並將其與羽絨外套、羊毛衫和長袖棉上衣的隔熱性能進行了比較。研究小組招募了一名志願者在一個冷卻至-20°C的房間裡穿著每件衣服，並測量了四件衣服的表面溫度，以評估它們的保熱能力。
雖然北極熊毛衣的厚度是羽絨外套的五分之一，但它的保暖性是所有服裝中最好的。其平均表面溫度為3.5℃，而羽絨外套測得的溫度為3.8℃，這表明它比毛衣釋放的熱量略多。棉質襯衫和羊毛襯衫的隔熱性最差，平均表面溫度分別為 10.8 °C 和 7.2 °C。在洗衣機中旋轉幾次後，氣凝膠毛衣的隔熱性能並未降低，這表明它足夠耐用，可以經常穿著。
合肥中國科學技術大學的材料科學家表示，雖然這項研究代表著向創造令人興奮的新型薄型保暖紡織品邁出了一步，但合成北極熊毛皮服裝距離出現在中國還有很長的路要走。主流服飾店。目前製造纖維的方法速度太慢且能源密集，無法擴大規模進行大規模生產。
但這是團隊正在研究的事情，研究的共同作者、浙江大學材料科學家郝白說。「我們計劃提高其可擴展性，」他說。