凜冬已至，氣溫驟降，大家紛紛購置更厚實保暖的冬裝。而 " 采用航天級材料——氣凝膠制造 " 的宣傳語越來越多地出現在一些冬季防寒保暖類服裝上，并且聲稱具有超級保暖性能，售價也不算便宜。
那麽氣凝膠到底是一種什麽材料呢？氣凝膠服裝是否真有防寒保暖奇效呢？
圖片截自某電商平台
這事兒要先從氣凝膠到底是什麽說起。
氣凝膠是個啥？
氣凝膠，是一類包絡大量封閉微孔的三維網絡結構材料，可由無機材料或者聚合物大分子通過溶膠—凝膠轉變工藝，再經過特種幹燥過程制成。
根據這個定義，大家可以知道氣凝膠這個概念其實指的是一種固體結構（而不是某種化學物質），這個結構的特殊之處就在于其孔隙率很高，孔隙率高達 80.0%~99.8%，孔徑範圍在 1～100 納米之間。
氣凝膠結構的封閉微孔中存在着分散靜止的空氣，這就決定了具有氣凝膠結構的物質具有低密度、低導熱率的性能特點。氣凝膠材料一般有無機氣凝膠和有機氣凝膠，無機氣凝膠有二氧化矽氣凝膠、二氧化钛氣凝膠等，有機氣凝膠有聚酰亞胺氣凝膠、聚氨酯氣凝膠等等。
一種氣凝膠材料 作者供圖
氣凝膠材料的高隔熱性能使其在航空航天、電子通訊、阻燃隔熱等領域的應用非常廣泛。例如在航空航天領域，氣凝膠材料用于飛行器的隔熱罩、減速器的柔性熱保護系統、空間推進系統的冷凍管隔熱層、航天服等場景，所以從這個角度來看，氣凝膠确實是名副其實的 " 航天級材料 "。
氣凝膠怎麽做衣服？
那麽，既然氣凝膠的隔熱性能這麽好，這種材料是否可以應用在我們日常的人體保暖防寒場景呢？紡織科學确實在做這方面的研究，我們可以看一下目前的研究結果。
咱們平時穿衣服，少不得要抻拉揉拽的，這對常見紡織面料來說小菜一碟。但目前氣凝膠結構材料本身的力學性能很差，極易破碎和粉化，缺乏柔韌性和懸垂性，不太适合直接使用在日常紡織品和服裝上。
彎折的氣凝膠材料 作者供圖
紡織科學家也想了很多辦法來改善這種情況，以期望能将氣凝膠使用在紡織品和服裝上來提高防寒保暖性能。
例如，利用粘合劑或紡織材料自身對氣凝膠的粘着作用，将氣凝膠粉末粘附于紡織材料表面；将含有氣凝膠的塗層整理劑均勻塗覆在織物表面；直接采用制備氣凝膠的溶液通過特定的加工工藝來制備氣凝膠纖維；或者将氣凝膠微粒加入紡絲溶液中來生産含氣凝膠的化學纖維。
聽起來好像氣凝膠在服裝上應用有點希望了，但具體實操的時候，依然會面臨很多問題。
現在的 " 氣凝膠服裝 " 靠譜嗎？
爲了将氣凝膠材料用于服裝，人們做了很多嘗試，但遺憾的是目前這些技術和工藝仍舊存在一些問題。
例如，氣凝膠纖維的制造過程很慢，力學性能又比較差，難以承受在後期的紡紗、織造過程中所需的張力。而表面粘着技術或者氣凝膠塗層技術，雖然能使處理過的面料在隔熱保暖性能方面有所提高，但是很容易出現面料不透氣不透濕的問題。而且還有氣凝膠顆粒剝落的情況。
可能有的朋友會疑惑了，前面不都說了航天服中使用了氣凝膠材料嗎？怎麽就不能做衣服了？其實，用在航天服裏的氣凝膠材料，是一種強度很高、擁有較好柔軟性的聚酰亞胺氣凝膠，這種材料目前隻用于一些特殊領域例如航天服和防護服裝中。
雖然也叫 " 服裝 "，但航天服和防護服裝屬于一類特種個人裝備系統而不是簡簡單單的一件衣服，氣凝膠材料作爲保溫隔熱材料，隻是該系統的一部分，還需要配備其他材料和設備來實現人體與外界環境之間的濕熱平衡，是完全不同于日常服裝的一個系統。
圖片來源：pixabay
總而言之，在目前技術條件下，氣凝膠材料在日常服裝的防寒保溫上的使用依然有相當大的局限性，工業化大規模生産并實現商業化的情況也極少。建議消費者留意查看相關産品使用氣凝膠的材料和真實效果，不要盲目下單。
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參考文獻
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[ 2 ] 馬筱逸 , 胡燕萍 , 王凱等 . 聚酰亞胺氣凝膠的制備及結構與性能研究進展 [ J/OL ] . 高分子材料科學與工程 , 1-12 [ 2023-11-13 ] https://doi.org/10.16865/j.cnki.1000-7555.2023.0221.
[ 3 ] NASA: New Ultra-Thin, Flexible Aerogels Could be Used to Make Super-Insulated Clothinghttps://inhabitat.com/nasa-new-ultra-thin-flexible-aerogels-could-be-used-to-make-super-insulated-clothing/
[ 4 ] Durable Polyimide Aerogels ( LEW-TOPS-133 ) https://technology.nasa.gov/patent/LEW-TOPS-133
策劃制作
本文爲科普中國 - 星空計劃作品
出品｜中國科協科普部
監制｜中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
作者丨宋立丹 中國紡織建設規劃院
審核丨張傑 中國紡織建設規劃院 總工程師
策劃 | 丁崝
責編丨丁崝
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