凝胶因其高孔隙率和极低的导热系数而被公认为最佳的隔热材料。自20世纪30年代发明以来，气凝胶已广泛应用于各种工程领域，如绿色建筑、储能装置、催化剂载体、环境处理等。遗憾的是，由于气凝胶的易碎性和加工性差，在纺织品的实际应用中不可避免地会产生不可逆的结构崩溃，从而导致隔热性能的丧失，因此气凝胶在保温纺织品中的应用受到了很大的限制。虽然已经有一些尝试将气凝胶混合到编织或非织造织物中，但由于高掺杂含量时加工性差或低掺杂含量时隔热效率低，气凝胶在隔热纺织品中的应用仍然受到严重限制。
除了在纺织品中掺杂或涂覆气凝胶外，还努力直接开发具有优异保温性能的气凝胶纤维。例如，在过去的十年中，许多由二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、氧化钛和纤维素制成的气凝胶纤维已经通过各种方法制备出来，包括湿纺丝、反应纺丝和溶胶-凝胶限制过渡。虽然这些最近开发的气凝胶纤维中的一些已经取得了更好的机械性能，但它们在编织或编织成纺织品时仍然具有不足的强度和柔韧性，特别是在大面积上。此外，这些气凝胶纤维不能机洗，在水下或潮湿的环境中很容易失去隔热能力。因此，设计和制造具有优异保温性能和多功能的针织和编织气凝胶纤维仍然是一个挑战。
许多动物进化出了特殊的皮毛，以便在极端寒冷的环境中生存。作为一个典型的例子，北极熊的毛发呈现出独特的核壳结构。高孔隙率的空心芯有效地截留空气，提供了优异的保温性能，致密的外壳提供了有效的机械保护(抗拉强度和应变分别约为300 MPa和35%。因此，人们长期以来一直对北极熊的毛发在北极隔热的能力着迷。模仿北极熊毛发的策略代表了一种可行的方法来开发坚固的隔热材料，特别是纤维和纺织品。
研究人员在不严重牺牲隔热性能的情况下，用一层薄的可拉伸层封装气凝胶纤维。这种封装气凝胶纤维(EAF)是可编织的，通过模仿北极熊毛发的核壳结构，同时实现了隔热和机械坚固性。使用一种简单的两步法连续制造EAFs，其中通过冷冻纺丝获得排列整齐的多孔气凝胶纤维，然后进行涂层干燥步骤。作者选择热塑性聚氨酯(TPU)作为包封层，因为它具有很高的机械强度和拉伸性。该EAF具有超过90%的高内部孔隙率(通过汞孔隙度法测量)，同时显示出约7.3至12.7 MPa的大抗拉强度(能够用单个纤维举起500克的重量)。
EAF显示出1000至1600%应变的超拉伸性，与传统气凝胶纤维(通常在2%应变左右)相比，提高了近3个数量级。机械性能使该纤维适合于针织和织造。用该纤维编织的毛衣只有羽绒的五分之一厚，但保暖效果相同，而且具有优良的耐洗性和可染性。凭借其简单性和可扩展性，该研究为制造坚固，超拉伸和多功能气凝胶纤维提供了可行的策略，这是开发用于极端环境的隔热纺织品的基础。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj8013