受极地居民北极熊的“大厚毛衣”启发，浙江大学教授柏浩和副教授高微微悟出了一种新策略。他们通过模仿北极熊毛的“核-壳”结构，制备出一种封装了气凝胶的超保暖人造纤维。相关论文12月22日发表于《科学》。
“它具有传统保温材料隔热功能，并能‘封锁’人体向外辐射的红外线。相较传统材料，它的耐拉伸等力学性能大大提升，可直接机织，真正实现把气凝胶穿在身上。”论文通讯作者柏浩表示，不久的将来，人们有望只穿一件薄薄的衬衫，就能像北极熊一样不畏严寒。
北极熊天生一身超强保暖“毛衣”，使其能适应零下40摄氏度的环境。北极熊的毛是中空结构，里面封装了大量“静止”的空气，通过抑制热传导和热对流减少热量的流失。为了让衣物在保暖的同时更加轻薄，人们自然想到了用更少的材料封装更多的空气。孔隙率极高、密度比空气还小的气凝胶是一种理想选择。
在这样的背景下，2018年，柏浩课题组做出了第一代“北极熊毛衣”。但现有的几种方案不能同时实现保暖、轻薄和耐用。带着新的挑战，柏浩课题组再次翻开了他们的“教科书”——北极熊毛。果然，他们注意到一个被忽略的细节：北极熊的毛不仅是中空的，而且还有一层壳！在电子显微镜下，这层壳大概有20微米厚，占毛发直径的近1/4。正是这个发现，启发团队研制“北极熊毛2.0”。
借鉴北极熊毛的“核-壳”结构，历时近6年，团队研制出一种新型纤维，其中心是高分子气凝胶，内部分布着直径大约10到30微米的纤长小孔，它们朝同一个方向排列，像一间间存储空气的“仓库”。同时，一层TPU（热塑性聚氨酯弹性体）外壳将内部的气凝胶包裹起来。一核一壳，各有各的功用，其中“核”负责实现超强保暖。“保暖从一定程度上讲就是防止热量流失。
”论文第一作者、博士生吴明瑞介绍，人体散热的主要形式包括热辐射、热对流、热传导以及汗液蒸发等，其中热辐射的影响最大，热量以红外辐射的形式流失。然而，现有的保暖衣物在调控热辐射方面能力有限。
为了验证保暖效果，研究人员把学校食堂零下20摄氏度的恒温冷库变成了临时“试衣间”，在这里举办了一场“保暖挑战赛”。
论文作者、博士生张子倍担任模特，分别试穿初始温度相同的羽绒衣、羊毛毛衣、棉毛衫和“北极熊毛衣”，并记录衣物表面温度的上升情况。几分钟后，棉毛衫表面温度上升到10.8摄氏度、羽绒衣表面温度上升到3.8摄氏度。而厚度和羊毛毛衣接近，仅为羽绒服1/3到1/5的“北极熊毛衣”表面温度只上升到3.5摄氏度。升温越少代表人体热量流失越少，因此“北极熊毛衣”完胜其他对手。
“良好的综合性能是仿生纤维应用的关键。纤维织物相对于静态绝热的要求更为苛刻，还需解决耐拉、耐压、耐洗、减薄等一系列问题。”柏浩说。团队为纤维设计了一种TPU外壳。在实验中，拥有外壳的新型纤维能被拉伸到自身长度的两倍而不断裂，很好地满足了衣物纤维的抗拉伸需求。经测试，从实验室连续宏量制备出来的仿生纤维，可以直接在商用纺织机上编织成面料。
“仿生的本质是向大自然学习如何解决问题，仿生是一个无止境的学习过程，现在说‘超越’为时过早。新问题会促使我们继续向大自然学习，不断揭示大自然的秘密、发现新知识、创造改善人们生活的新材料是仿生研究的使命，也是我们多年来的追求。”柏浩说。