【科学强国】用气凝胶做的抗寒服，真的超保暖？

摄影：宁颖

在寒冷的冬季，拥有一件超轻保暖的服装绝对是令人感到幸福的事情。就在最近，有些目光敏锐的商家开始推出“气凝胶抗寒服”，这种带有黑科技色彩的服装，真的能帮人们抵御寒冬吗？

从商家宣传来看，气凝胶抗寒服具有比羽绒服更加轻薄保暖的功效，产品有诸如气凝胶防寒服、保暖内衣、抗寒卫裤等等。

那么，这种气凝胶到底是什么材料？气凝胶服装是否真有防寒保暖的奇效呢？

什么是气凝胶？

气凝胶，是世界上目前已知密度最小的纳米级多孔结构固体材料，密度仅为3.55千克每立方米，由于其内部绝大部分成分为气体，看上去呈现出云雾状，因此，气凝胶又被称为“固态的烟”。

1932年，美国化学家Samuel Stephens Kistler首次利用超临界流体干燥技术制备出气凝胶，它创下十余项吉尼斯纪录，在热学、光学、电学、力学、声学等领域显现出许多奇特的性能，被称为“改变世界的神奇材料”。

简单来说，当用超临界干燥技术，将液体成分干燥掉，眼前出现的将是一个充填空气的空间网络结构，这个结构形态这就是气凝胶。

据悉，气凝胶是目前已知导热系数最低、密度最低的固体材料，其在航空航天、电子通讯、阻燃隔热等领域的应用非常广泛。如在航空航天领域，气凝胶材料用于飞行器的隔热罩、减速器的柔性热保护系统、空间推进系统的冷冻管隔热层、航天服等场景。

“气凝胶服装”靠谱吗

事实上，科学家们想了很多办法，期望能将气凝胶使用在纺织品和服装上来提高防寒保暖性能，比如说利用粘合剂加气凝胶的粉末，或者在纺织材料的表面加上有气凝胶的涂层等等。听起来好像可以应用到服装材料中，但是在实际操作的时候还是会面临很多的问题。

例如，气凝胶纤维的制造过程很慢，力学性能又比较差，难以承受在后期的纺纱、织造过程中所需的张力。而表面粘着技术或者气凝胶涂层技术，虽然能使处理过的面料在隔热保暖性能方面有所提高，但是很容易出现面料不透气不透湿的问题。而且还有气凝胶颗粒剥落的情况。

而用在航天服里的气凝胶材料，是一种强度很高、拥有较好柔软性的聚酰亚胺气凝胶，这种材料目前只用于一些特殊领域例如航天服和防护服装中。气凝胶材料作为保温隔热材料，只是该系统的一部分。

在目前技术条件下，气凝胶材料在日常服装的防寒保温上的使用依然有相当大的局限性，工业化大规模生产并实现商业化的情况也极少。

从北极熊身上得到启示

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。

“目前，实验室内可连续宏量制备这一新型纤维，并轻松地对新款‘北极熊毛衣’进行着色。”柏浩表示，其制备成本主要是物料和加工，若要走向工业化量产，现阶段物料成本虽低，但加工成本较高，需要进一步改进工艺、降低成本，真正出现在货柜上。

随着技术进步，我们期待“黑科技”在保暖方面会发挥更大的作用，也期待气凝胶服装等新技术产品走向量产，走进千家万户，为更多有需要的人带来温暖。

（中国小康网综合中国科学报、科普中国、光明网、上观新闻等）