【动态】中科大Chem 以北极熊毛发为灵感仿生制备隔热材料丨CellPress论文速递

论文通讯作者，中国科学技术大学化学系教授俞书宏说：“北极熊的毛发经过进化完善，使其具有在寒冷潮湿的环境中保温的效果，这使它成为合成保温材料的理想模型。通过组装人工合成的碳管纤维，我们可以设计出一种具有弹性的轻质材料，这种材料在使用期限内不会明显老化，而且能吸收热量。”

与人类或其他哺乳动物的毛发不同，北极熊的毛发是中空的。在显微镜下放大后，每一根毛发都存在空腔结构。这些空腔的形状和间距形成了它们独特的白色外壳（实际北极熊毛是透明的，光在内部发生反射 ，引起发光，看起来像白色）。同时，也赋予了它们显著的保温性和疏水性，适宜人工隔热材料效仿。

“中空的内核限制了热对流，中空结构同样也使单根毛发变得轻质，这是材料科学中最突出的优势之一，”中科大副教授刘建伟说。为了模拟这种结构，他们与中科大近代力学系倪勇教授团队合作，模拟数百万根中空碳管，每根碳管相当于一根北极熊毛发，并将它们缠绕成像通心粉一样的气凝胶。  

与其他气凝胶和保温材料相比，他们发现受北极熊启发仿生制备的空心管表现出轻质、隔热，也几乎不受水的影响——这是一个使北极熊既能在游泳时保持温暖，又能在潮湿条件下保持绝缘性的便利功能。另一个好处是，这种新材料与北极熊相比，具有超弹性，这就进一步提高了其在工程方面的适用性。           

研究人员聚焦于相关工业用途，下一步准备将目前保温材料的生产从厘米尺度的生产扩展到米级尺度。俞教授表示，“由于实验室设备的限制，我们合成的碳管材料目前尚不容易宏量制备，但我们预期将能够突破尺度的限制，并探索其在航空航天领域等极端条件下的应用”。