凛冬已至，气温骤降，大家纷纷购置更厚实保暖的冬装。而“采用航天级材料——气凝胶制造”的宣传语越来越多地出现在一些冬季防寒保暖类服装上，并且声称具有超级保暖性能，售价也不算便宜。
那么气凝胶到底是一种什么材料呢？气凝胶服装是否真有防寒保暖奇效呢？
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这事儿要先从气凝胶到底是什么说起。
气凝胶是个啥？
气凝胶，是一类包络大量封闭微孔的三维网络结构材料，可由无机材料或者聚合物大分子通过溶胶—凝胶转变工艺，再经过特种干燥过程制成。
根据这个定义，大家可以知道气凝胶这个概念其实指的是一种固体结构（而不是某种化学物质），这个结构的特殊之处就在于其孔隙率很高，孔隙率高达 80.0%~99.8%，孔径范围在 1～100 纳米之间。
气凝胶结构的封闭微孔中存在着分散静止的空气，这就决定了具有气凝胶结构的物质具有低密度、低导热率的性能特点。气凝胶材料一般有无机气凝胶和有机气凝胶，无机气凝胶有二氧化硅气凝胶、二氧化钛气凝胶等，有机气凝胶有聚酰亚胺气凝胶、聚氨酯气凝胶等等。
一种气凝胶材料 作者供图
气凝胶材料的高隔热性能使其在航空航天、电子通讯、阻燃隔热等领域的应用非常广泛。例如在航空航天领域，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，所以从这个角度来看，气凝胶确实是名副其实的“航天级材料”。
气凝胶怎么做衣服？
那么，既然气凝胶的隔热性能这么好，这种材料是否可以应用在我们日常的人体保暖防寒场景呢？纺织科学确实在做这方面的研究，我们可以看一下目前的研究结果。
咱们平时穿衣服，少不得要抻拉揉拽的，这对常见纺织面料来说小菜一碟。但目前气凝胶结构材料本身的力学性能很差，极易破碎和粉化，缺乏柔韧性和悬垂性，不太适合直接使用在日常纺织品和服装上。
弯折的气凝胶材料 作者供图
纺织科学家也想了很多办法来改善这种情况，以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。
例如，利用粘合剂或纺织材料自身对气凝胶的粘着作用，将气凝胶粉末粘附于纺织材料表面；将含有气凝胶的涂层整理剂均匀涂覆在织物表面；直接采用制备气凝胶的溶液通过特定的加工工艺来制备气凝胶纤维；或者将气凝胶微粒加入纺丝溶液中来生产含气凝胶的化学纤维。
听起来好像气凝胶在服装上应用有点希望了，但具体实操的时候，依然会面临很多问题。
现在的“气凝胶服装”靠谱吗？
为了将气凝胶材料用于服装，人们做了很多尝试，但遗憾的是目前这些技术和工艺仍旧存在一些问题。
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。
可能有的朋友会疑惑了，前面不都说了航天服中使用了气凝胶材料吗？怎么就不能做衣服了？其实，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。
虽然也叫“服装”，但航天服和防护服装属于一类特种个人装备系统而不是简简单单的一件衣服，气凝胶材料作为保温隔热材料，只是该系统的一部分，还需要配备其他材料和设备来实现人体与外界环境之间的湿热平衡，是完全不同于日常服装的一个系统。
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总而言之，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。建议消费者留意查看相关产品使用气凝胶的材料和真实效果，不要盲目下单。
参考文献
[1] 赵国樑,李光武,薛蓉等. 气凝胶在纺织服装领域的应用技术现状 [J]. 新材料产业, 2021, (02): 48-53. DOI:10.19599/j.issn.1008-892x.2021.02.009
[2] 马筱逸,胡燕萍,王凯等. 聚酰亚胺气凝胶的制备及结构与性能研究进展 [J/OL]. 高分子材料科学与工程, 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
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本文为科普中国-星空计划作品
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作者丨宋立丹 中国纺织建设规划院
审核丨张杰 中国纺织建设规划院 总工程师