北极熊防寒“黑科技”：用毛皮留住静止的空气
电子显微镜下的北极熊毛横截面：呈中空管状
2021年初，极寒天气仍在北半球一些地区肆虐，西班牙更是遭遇了百年不遇的超强降雪。在春天到来之前，我们仍要忍耐寒冷，并努力给自己做好保暖工作。
说到保暖的衣物，除了受到环保主义者抗议的毛皮大衣之外，目前最好的选择就是羽绒服了。但你是否知道：羽绒服所使用的技术，其灵感来自于这个地球上最不怕冷的生物——北极熊吗？
在极寒天气里，风和水是真正的敌人。想象一下掉进冰窟里的感觉，以及那些丧命于冰冷海水中的泰坦尼克号乘客们。但是，即便在最冷的天气里，北极熊也能在冰山上玩耍，还能在北冰洋的海水中游上10多公里。
北极熊的皮毛，可以说是现阶段全世界最保暖的“天然衣物”，这其中蕴藏的“黑科技”，可以说非常厉害了。
黑色的皮肤吸热
中空的毛管保暖
北极熊的皮毛，是目前地球上保暖最好的“天然衣物”。人们冬装里填充的保暖棉、羽绒服和棉服的热反射技术，都用到了和北极熊皮毛有关的仿生科技。
这里有个简单而关键的知识点：静止的空气是导热性很低的材料，换句话说也就是很保暖的材料（空气静止了，热对流就无法产生，从而减少了热量的流失）。北极熊的皮毛之所以能保暖，重点也是“抓”住并稳定住了空气。
事实上，羽绒之所以能保暖，也是因为纤维之间能固定空气；合成保暖棉能保暖，是将纤维做成了中空管，纤维管道和纤维之间能保存静止空气。
北极熊身上的毛有两层，外层是含有油脂的防水针毛，游泳时能防止海水侵入，里层是保暖的绒毛。将北极熊的“白毛”放在电子显微镜下，你会发现北极熊的毛不是白色的，而是一根根中空而透明的毛管（见右下图）。人类肉眼所看到的“白色”，是因为毛的内表面粗糙不平，以致把光线折射得非常凌乱而形成的。
每根北极熊的毛大约15厘米长，直径和人的头发差不多粗细。若在显微镜下细看，还会发现其毛发除了中间的管道外，周围还有许多更为狭长的半透明小孔，也沿着同一方向伸展。
北极熊的中空毛管中，存在大量静止的空气，如前所述，静止的空气导热性低，所以北极熊的毛是绝佳的保暖纤维。同样，羽绒之所以保暖，也是绒丝之间锁住大量静止空气来保暖，与北极熊的毛异曲同工。
除了毛之外，北极熊的皮肤也有保暖玄机——它的皮肤是黑色的，这一点可以从北极熊的鼻头、爪垫、嘴唇以及眼睛四周的黑皮肤上窥见其原貌。众所周知，黑色吸热，因此黑色的皮肤也有助于吸收热量。
研究人员研究还发现：北极熊特殊的透明毛管，能让空气中的高能紫外线沿着毛芯内部通过，反射到毛下黑色皮肤上，转化成热能，再由皮下的血液将热能输送到全身。
不仅如此，北极熊的毛还能反射红外线辐射。北极熊和人一样，都是恒温动物，每时每刻都在散发热量，即热辐射。但它的这层“黑科技”毛皮裹住其身体，却可以充分反射身体的热辐射，从而达到几乎不泄露热量的效果。
这个效果有多厉害呢？这么说吧，即使用红外相机拍摄，也几乎无法探测到热量。
用蚕丝模仿毛发
用铝箔模仿皮肤
北极熊的皮毛防水又保暖，可吸收紫外线吸热，又能阻挡身体热量散发，这一系列神奇的构造，让其成为世界上最保暖的“衣服”，也给了人类很多灵感，研发出相关仿生产品。
比如，以北极熊毛的结构，制作出外层防水、内部是中空管状的保暖棉。2018年，浙江大学化学工程与生物工程学院的科研团队，还用独特的“冻纺”几乎纺出一种人造纤维，其隔热性能可与北极熊的毛发媲美。
该科研团队采用浓度为5%的天然蚕丝蛋白水溶液，将其通过特殊工艺冷却后，溶液被重新“塑形”成纤维。这些纤维经过冷冻干燥后，便留下一条条由蚕丝蛋白组成的纤维“仿制毛”。这种材料的导热系数，比天然的北极熊毛发还要低，保暖性也更强。
只是可惜，目前这种技术仅限于实验室，还没有找到能大规模、低成本量产的途径。如果未来能够实现量产的话，那么更加轻薄保暖的冬装一定会流行起来。到时，我们或许可告别厚重的外套，披一件薄薄的“人造毛衣”便可出门；
另外，早期宇航服的构造中，有数道铝箔夹层，也是模仿北极熊的毛皮，通过反射身体的热辐射来保暖。2019年10月，美国航天局发布了更具灵活性和更高安全性的新一代宇航服，这
种舱外宇航服可在零下约157摄氏度至零上约121摄氏度之间的温度条件下工作，保护宇航员不受辐射、月尘和微流星体侵害。
这类仿生科技，目前仍在不断开发中，并且有望超过北极熊毛皮的保暖效果。（褐松鼠）
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