大自然是设计隔热策略的灵感之源，隔热策略是节能的关键。比如，企鹅羽毛和北极熊的毛发具有很好的保温结构，而通过对隔热材料进行显微结构分析，包括直接从高分辨率扫描电子显微镜（SEM）图像中，对角蛋白纤维和孔尺寸进行统计测量，揭示了两种材料的许多相似之处，并表明了其分层组织的多孔结构的重要性。而在北极熊毛中的孔隙互连结构，是绝热材料展示的关键设计之一。
经过数百万年的进化，不同物种在面临不同的生存困境时，发展出了种种绝妙的适应机制。北极熊和企鹅都可以在冰海中自由徜徉，并常年生存在极寒地带。它们的皮毛都可以挡住冰海水的渗透，并起到绝佳的隔热作用。这样神奇的特质吸引了许多科学家前赴后继展开研究。
近日， Acta Biomaterialia 期刊刊登了一个来自波兰的研究团队对北极熊和企鹅皮毛的研究成果。这篇文章首次直接对比了企鹅羽毛和北极熊皮毛的微观结构，归纳了两者的相似性与不同之处，并根据这一启发，构想了一种新型的隔热材料结构。
主要研究者Urszula Stachewicz在接受采访时解释说：“两种材料（企鹅羽毛和北极熊皮毛）都由角蛋白纤维构成。让我感兴趣的是，这两种材料是否具有相似的（角蛋白）构造排列方式。”
研究者从动物园收集了非洲企鹅 （ Spheniscus demersus ） 的羽毛和北极熊 （ Ursus maritimus ） 的毛发，并通过扫描电子显微镜观察其微观结构。
观察分析显示，两种角蛋白材料（企鹅羽毛和北极熊皮毛）具有许多相似之处，尤其是都具有分级多孔结构，但同时也存在一些关键区别。
研究者发现，企鹅羽毛的主轴内部为“泡沫状”的多孔结构，其外部表面的孔径很小。相比之下，北极熊的毛发是空心结构，该空心结构具有从内部延伸到表面的多孔结构，这是以前的研究从未观察到的。
图1：企鹅羽毛的微观多孔结构
“我们猜测，北极熊毛发内部相互连接多孔结构延伸到毛发表面，应该能解释北极熊的皮毛为什么可以将紫外线转换为红外光，并产热。” Stachewicz教授解释道。
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根据观察结果，研究团队还设计了一种新型的隔热材料结构。这一设计包含三个主要部分：外部由几层交叉层压的纤维制成，中间管状结构的主体由纵向纤维束构成，内部包裹着具有高度多孔性的芯。天然隔热材料的一个重要特征是低密度/高孔隙率，这样可以大大增加结构的表面积，这一特性在设计中也能很好地体现。
（图片来自英文原文作者）
图2：新型的隔热材料结构设计
这些新发现为将来隔热材料的设计与发展提供了新的思路与方法，或许在不久的将来，我们也可以期待穿上像企鹅和北极熊一样的“超级羽绒服”？
Acta Biomaterialia
Acta Biomaterialia 主要刊登与生物材料科学相关的研究，侧重生物材料结构与功能关系。期刊CiteScore 6.72，影响因子6.638。我们鼓励相关研究领域的专家与学者积极投稿。
英文原文作者:
Sara Metwally, Sara Martínez Comesaña, Mateusz Zarzyka, Piotr K. Szewczyk, Joanna E. Karbowniczek, Urszula Stachewicz
版权声明：本文由爱思唯尔北京办公室负责翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。返回搜狐，查看更多