在极端寒冷环境的户外活动及特种作业中，兼具轻量化、持久舒适和高效隔热的纺织材料需求正日益增长。然而，追求极致隔热所必需的高孔隙率，往往会严重削弱材料的机械强度，导致纤维极其脆弱，难以满足现代纺织加工及严苛环境下的实际应用需求。

江南大学研究团队从自然界企鹅抵御极寒的绒毛层级结构中汲取灵感，提出了一种创新的材料设计方案。该团队通过同轴湿法纺丝技术结合质子供体辅助结构化策略，成功开发出一种具有核壳架构的仿生羽绒气凝胶纱线（Bionic down aerogel yarn, 简称BDAY）。相关研究成果发表于《Chemical Engineering Journal》上。

仿生羽绒气凝胶纱线的结构设计与成型机制

企鹅羽毛具有精密的分层双层结构，其内层羽绒作为主要的隔热层，由提供机械支撑的中心羽轴和周围密集的羽支、羽小支协同构成。受此启发，团队设计了具有核壳架构的BDAY，高强度的纱线充当承重骨架（类比羽轴），而外层高度纠缠的ANF气凝胶网络则复制了天然羽绒细微的分枝交织结构。

凝固浴质子供体对纤维成型与梯度结构的精准调控

在连续的同轴湿法纺丝过程中，甲酸凝固浴提供的酸性环境显著加速了ANF的溶胶-凝胶转变速率，有效稳固了中心纱线的位置。更重要的是，这种质子触发机制诱导气凝胶壳层形成了外密内疏的梯度多孔网络；独特的孔道结构构建了更曲折的热传导路径，大幅提升了纤维的隔热性能。

BDAY气凝胶孔隙结构的精准调控

为获得天然企鹅羽绒的蓬松隔热效果，研究团队在溶剂置换阶段引入了叔丁醇（TBA）。高浓度的TBA有效抑制了冰晶的过度生长和孔壁的毛细管塌陷，使得干燥后的气凝胶壳层具备了高达91.6% 的孔隙率和更致密的纳米纤维纠缠网络。极低的密度与纳米级孔隙有效锁住了静止空气，显著抑制了热对流与热传导，使纱线获得了极佳的热阻断表现。

再生ANF／PVA纤维的力学性能以及调控机理

得益于力学与隔热性能的空间解耦设计，BDAY的机械强度完全由核心纱线主导。以玄武岩纱线为内核的复合气凝胶纱线，其断裂强度高达84.0 MPa，克服了纯气凝胶纤维本征脆弱的缺陷。单根纱线即可轻松提起1.9 kg的重物，并且在拉伸断裂动态测试中，内部纱线能够有效桥接外壳裂纹以维持整体载荷传递。

BDAY织物在极寒环境中的被动隔热与主动焦耳加热

将BDAY编织成型的织物不仅展现出全面超越传统棉、羊毛及芳纶织物的被动隔热保暖能力，导热系数低至40.8 mW／(m·K)，还能利用内置的不锈钢导电内核实现高效的主动焦耳加热功能。在1.5~4.5 V的施加电压下，织物表面可在60 s内迅速升温，输出温度覆盖38.4~101.6 °C，实现精准的自适应热调节。

面向航空航天等极端环境的多功能综合防护

在模拟太空等极端严苛环境下，除了在-40 °C超低温环境中展现出卓越的动态热调节能力外，BDAY织物在X波段的电磁干扰屏蔽效能高达38.5 dB。得益于芳纶基气凝胶网络的本征热稳定性，BDAY纱线在承载100 g载荷的直接焰烧测试中，展现出优异的阻燃自熄性与结构完整性。此外，BDAY纱线对局部机械冲击具有良好的缓冲防护能力。

原文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726055956?via%3Dihub

（来源：易丝帮）