来源 | Nature Sustainability，微算云平台

链接 | https://doi.org/10.1038/s41893-025-01604-x

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背景介绍

温暖是人类的基本需求之一，几千年来人们一直在追求它，并本能地从自然中汲取灵感以增强保暖性能。传统的原材料，如细棉、羊毛、驼毛以及羽绒，因其在阻碍空气流动和热量传递方面的有效性而被收集利用。实际上，高效的保暖性能可以显著减少环境压力并支持可持续发展。作为高污染、高能耗的行业，保暖服装产业消耗了大量资源，并在全球范围内排放温室气体和废水。同时，羽绒是从活鹅和活鸭身上收集的，与拔毛前相比，拔毛后鹅的皮质醇水平显著升高，这增加了动物的压力并触发了应急反应。总之，羽绒服对环境污染和动物福利问题贡献显著，因此缺乏可持续性。

然而，羽绒在保暖服装中的使用，尤其是在发展中国家需求以超过10%的速度快速增长，已被证明是不可持续的。主要挑战在于原材料的来源，主要是鹅和鸭，这引发了对环境和经济可持续性的担忧。迫切需要开发具有优异保暖性能和可持续性的仿生人造材料，以用于先进的服装行业。通过其更密集的排列、更细的直径、更小的孔隙和增强的曲率，纳米纤维能够生产出革命性的保暖服装，超越传统材料制成的产品。弯曲的纤维结构在自然界中广泛存在。受自然的启发，制造具有高度弯曲特性的纳米纤维至关重要。只有少数研究提到通过溶液吹纺（SBS）或静电纺丝（ES）制备卷曲纳米纤维。为了实现更卷曲的纳米纤维轮廓，通常会增加超声处理、热处理和引入气流场等额外工艺，这显著增加了生产成本和复杂性。然而，所得纳米纤维的平均卷曲角度和孔隙率都较低。

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成果掠影

近日，清华大学伍晖教授，赵立豪教授与瑞士联邦材料科学与技术研究所（EMPA）赵善宇研究员等人开发了一种网格诱导的均匀湍流纺丝系统，能够高效地喷射纺丝溶液，从而实现高曲率纳米纤维（HCNFs）的批量生产。由HCNFs制成的服装在穿着性、舒适性、孔隙率（约99.60%）、重量、导热性、透湿性和透气性等整体性能方面表现出色。此外，该服装在0℃时展现出卓越的服装保暖性能（以CLO值衡量），其保暖值为0.31 CLO/mm，是850蓬松度鹅绒服装（0.15 CLO/mm）的两倍。此外，生命周期影响评估的结果表明，由聚乙烯醇缩丁醛制成的HCNFs在14项指标上（包括矿产资源稀缺性、土地利用、生态毒性、水资源消耗和人类毒性）相较于850蓬松度的羽绒展现出显著的可持续性优势（其中八项指标不到羽绒的5%）。本文的发现不仅突出了具有高曲率结构的纳米纤维的优势，还引入了超越传统羽绒的可持续材料，使其适合大规模市场生产。研究成果以“Biomimetic nanofibres for sustainable thermal insulation”为题发表在《Nature Sustainability》期刊。

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图文导读

图1：GHT对HCNF服装形成的作用机制及可持续性。

图2：GHTS装置产生的湍流诱导弯曲纳米纤维的产生。

图3：纳米纤维的高曲率。

图4：超热纳米纤维服装。