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气凝胶:超薄保暖之王

目前市面上保暖绝热性能最好的衣物材料是什么?涤纶合成羽绒,还是棉包涤纶长丝?都不对。当今世上,保暖性能最好的衣物材料,是一种叫做气凝胶的东西。

然而,这种材料在服装领域的应用并非一帆风顺。早在1931 年,美国化学工程师基斯特勒(Samuel Kistler)通过在高压高温条件下对二氧化硅(生产玻璃的一种原材料)进行干燥,就已经得到了这种质量最轻的固体—气凝胶。在他的这一发明中,气体含量占到96%,这是一种极佳的绝热材料。

但是,由于早期的气凝胶易碎且生产成本过高,因此一直与服装领域无缘。20 世纪40 年代,基斯特勒曾为这种材料找到了一定的商业用途,比如用于杀虫剂或是作为油漆的增稠剂等。不过,在此后很长的一段时间内,它的商业应用也就仅限于此了。

气凝胶技术公司(Aerogel Technologies) 的创始人斯坦纳(Stephen Steiner)指出:“纳米技术那时鲜为人知,因此人们还未能充分了解气凝胶材料的真正价值。”

1999 年,美国航天局的承建商之一阿斯彭系统公司(Aspen Systems)开始研发降低气凝胶生产成本的工艺。该公司的化学工程师发明了一种技术,可将气凝胶结合到纤维席垫中,使其变得非常柔韧, 从而解决了这种材料的易碎问题。

很多物质都可以用来生产气凝胶,比如硅石、碳甚至蛋白等等,但使用硅石生产的气凝胶最为普遍。通过一套严格控制的干燥流程,硅石胶体中的液体会变成气体。这一流程不会像普通的蒸发过程那样破坏胶体的结构,最后得到的是一种玻璃状的硅石海绵体,也就是气凝胶。

虽然名为“凝胶”,但它其实是一种具有多孔结构的固体,看上去就好像是一团被冻住的蓝色烟雾。由于空气无法轻易通过这些曲折复杂的气孔进行扩散,因此气凝胶便成为了一种极佳的绝热体。气凝胶既能隔热也可御寒。有的气凝胶可以经受低至绝对零度(-273.15℃)到高达3,000℃的温度。美国航天局已经把气凝胶用于宇航服的制作中,以增强其绝热能力,而航天探测器“火星漫步者”也采用了气凝胶技术

阿斯彭系统公司将自己的气凝胶部门进行剥离,成立了阿斯彭气凝胶公司(Aspen Aerogels)。2001 年,这家位于马萨诸塞州诺斯伯勒(Northborough)的公司找到了使用气凝胶覆盖层来取代玻璃纤维作为海底输油管道绝热层的方法。这一应用将把管道外层的厚度减少1/3,仅为2 厘米,由此降低了运输和安装成本。虽然阿斯彭公司生产的这种覆盖材料体积庞大,无法被简单地用于服装生产,但该公司还是坚信气凝胶会在服装领域引发巨大的商机。2008 年,阿斯彭公司与加拿大高尔夫球装备商21 元素公司(Element 21)合作,共同研发将气凝胶材料压缩变薄以用于服装生产的技术。今年1 月,两家公司首次展示了一种气凝胶纤维,名为“零夹层”( Zeroloft),因为这种纤维无需像羽绒服那样填充夹层,变可达到保持人体热量的效果。

加拿大冒险家克拉克(Jamie Clark) 将穿着这种用“零夹层”纤维制成的超薄夹克攀登一段珠穆朗玛峰,以对这种材料进行终极测试。他所穿的夹克是由冠军服饰公司(Champion)生产,该厂商的母公司汉佰(Hanesbrands)称,这种厚度仅0.3 厘米的防风衣穿起来和4 厘米厚的羽绒服一样暖和。汉佰公司目前正在考虑将这种夹克推向零售市场。与此同时,其他运动服饰商,如哥伦比亚(Columbia)、阿迪达斯(Adidas)和耐克(Nike)等,也正在试验将“零夹层”用于手套和鞋类产品。今年秋季,罗素户外公司(Russell Outdoors)将会向市场推出用气凝胶材料制成的超薄狩猎装,售价为400 美元。

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