2024年1月,漠(mo)河北極村的氣溫(wen)跌(die)至-52℃。戶外(wai)(wai)探險家老周裹著一件薄(bo)如(ru)羽絨的灰色外(wai)(wai)套,在零(ling)下50度的雪地里搭(da)帳(zhang)(zhang)篷。同伴(ban)縮著脖(bo)子(zi)直跺(duo)腳(jiao):“你這衣(yi)服能扛住?我(wo)三層抓絨都(dou)凍(dong)透(tou)了(le)(le)!”老周哈出一口(kou)白氣,指(zhi)了(le)(le)指(zhi)胸口(kou):“熱湃的氣凝(ning)膠,能鎖(suo)住體溫(wen)不往外(wai)(wai)跑。”當天夜里,帳(zhang)(zhang)篷內(nei)溫(wen)度計穩穩停在18℃——而帳(zhang)(zhang)篷外(wai)(wai),雪粒正被北風(feng)卷成白色的刀刃(ren)。
這(zhe)不是(shi)科幻場景(jing)。當(dang)全球極端天氣(qi)頻發(fa)(fa),人類與(yu)溫度(du)的(de)(de)博弈進入白熱化階段(duan)時,山東稀(xi)有(you)高科先進材(cai)(cai)料(liao)研究院研發(fa)(fa)的(de)(de)熱湃氣(qi)凝膠(jiao)材(cai)(cai)料(liao),正以“雙向控(kong)溫”的(de)(de)顛(dian)覆(fu)性(xing)技(ji)術(shu),在(zai)材(cai)(cai)料(liao)界掀起一場“溫度(du)革命”。它用(yong)納(na)米(mi)級的(de)(de)“空氣(qi)迷宮”,讓物(wu)體在(zai)-60℃到80℃的(de)(de)劇(ju)烈溫差(cha)中,始終保持最舒適的(de)(de)體感溫度(du)——從(cong)此,冬(dong)夏(xia)的(de)(de)界限(xian)開(kai)始模糊(hu),“春秋”成了(le)可穿戴、可居住、可掌控(kong)的(de)(de)溫度(du)常態。
一、從火星到地球:一塊“會呼吸的空氣磚”如何誕生?
氣凝膠,這種被稱為“凝固的(de)(de)煙”的(de)(de)材料,早在(zai)1931年就(jiu)被科學家(jia)發現(xian):將(jiang)(jiang)硅酸(suan)凝膠中的(de)(de)液體(ti)(ti)置換為氣體(ti)(ti),就(jiu)能(neng)得到密度僅3kg/m³(相當(dang)于空(kong)氣的(de)(de)2.5倍(bei))、導(dao)熱系(xi)數0.013W/(m·K)(比(bi)靜止空(kong)氣還(huan)低(di)60%)的(de)(de)“超(chao)級(ji)隔熱體(ti)(ti)”。NASA曾用它包(bao)裹火星探測器(qi)的(de)(de)電池組(zu),讓設(she)備在(zai)-133℃的(de)(de)火星夜晚正常運(yun)行;中國“天(tian)問(wen)一號”探測器(qi)也將(jiang)(jiang)其用于隔熱層(ceng),抵御地火轉移途中的(de)(de)極端(duan)溫差。
但(dan)傳統氣(qi)凝膠有個(ge)致命缺陷:脆如玻璃(li),一碰就碎,且(qie)完全不透(tou)氣(qi)。直到熱湃團(tuan)隊突破“納(na)米(mi)級氣(qi)孔(kong)(kong)動態平衡技(ji)術”,才(cai)真正打開(kai)了民(min)用化的(de)大門(men)。他們通(tong)過分(fen)子級調控,在二氧化硅骨架構(gou)筑的(de)納(na)米(mi)孔(kong)(kong)隙中,植入“彈性支(zhi)撐鏈”和(he)“呼(hu)吸微(wei)通(tong)道”:
孔隙率99.2%:99%的空間被直徑10-50納米的空氣團占據(空氣分子自由程約70納米),形成“熱傳導陷阱”;
動態調溫閾值:當環境溫度>32℃時,納米孔隙自動擴張,加速熱量向外擴散;<28℃時,孔隙收縮鎖死熱量,形成“自適應溫控開關”;
柔韌性突破:拉伸強度達5.2MPa(傳統氣凝膠僅0.3MPa),可隨意折疊、裁剪,甚至縫制成服裝面料。
中科院理化所的檢測報告顯示:熱湃氣凝膠的導熱系數低至0.015W/(m·K),在-60℃環境下保溫時長是傳統羽絨的8倍;而在40℃環境中,其散熱效率比棉織物高47%。
二、雙向控溫:從南極到赤道,溫度終于“聽話”了
傳統保暖材(cai)料靠“儲存熱量”工作,熱湃氣凝(ning)膠卻能“管理熱量”——它像一個智能溫控開關,根據環境溫度自(zi)動調節熱量的進出,真正實(shi)現(xian)“冬(dong)不捂汗,夏不貼膚”。
冬季:-50℃的“移動暖爐”,輕過一件襯衫:
在長(chang)白山極寒測(ce)試(shi)基(ji)地,6名志(zhi)愿者穿著熱湃氣凝膠沖鋒衣(厚度僅3mm,重量280g)與6名穿傳(chuan)統羽絨服(厚度12cm,重量850g)的志(zhi)愿者同(tong)時(shi)暴露在-40℃環境(jing)中。3小時(shi)后:
熱(re)湃組(zu)(zu)體表(biao)溫(wen)度(du)穩定在(zai)22-24℃,無(wu)凍傷或悶(men)汗;傳統組(zu)(zu)體表(biao)溫(wen)度(du)從20℃降(jiang)至8℃,3人出現手指(zhi)麻木(mu)(低溫(wen)損傷臨界值)。
秘密藏在“仿生蓄熱層”里:熱湃在氣凝膠纖維中添加了植物源相變微膠囊(直徑2微米),當體溫流失時,微膠囊釋放儲存的熱量;當環境回暖,又能快速吸收多余熱量。實驗數據顯示,其熱阻值(clo)高達5.1(普通羽絨服約2.5 clo),相當于在零下50℃環境里,穿上一件“自帶地暖”的薄外套。
夏季:40℃的“天然空調”,涼而不冰:
上海外(wai)灘的某高(gao)端寫字樓里,安裝了熱湃氣凝膠玻璃幕墻。夏季正午(wu),室(shi)外(wai)溫度42℃,室(shi)內溫度僅26℃——而隔壁傳統玻璃幕墻的辦公(gong)室(shi),空調開到24℃仍悶熱難耐。
這得益于氣凝膠的“光熱反射+微孔對流”雙機制:
紅外反射率92%:植物基羰基化(hua)合物能反射90%以上的太陽輻(fu)射熱(普(pu)通(tong)玻璃僅反射20%);
對流散熱通道:纖維間形成的0.1mm級(ji)微孔(kong),加速汗液(ye)蒸發,蒸發速率(lv)比棉織物高35%;
無冷感溫差:表(biao)面溫度(du)始(shi)終(zhong)與(yu)人體溫差≤3℃(傳統空(kong)調(diao)房溫差達10℃),避免“空(kong)調(diao)病”。
廣州地鐵的實測數據更驚人:在36℃的站臺(tai)安裝(zhuang)熱湃氣(qi)凝膠通風(feng)管道(dao)后,站內溫度下降7.2℃,空調能耗(hao)降低41%,每月節(jie)省電費超20萬(wan)元(yuan)。
三、從南極科考站到嬰兒恒溫箱:熱湃正在“承包”人類的溫度需求
熱湃氣凝膠的“雙向控溫”能力,讓它突破了“服裝材料”的單一身份,成為能源、醫療、建筑等八大領域的“溫度解決方案專家”。
極地生存:-89℃的“生命鎧甲”
南極科考隊員曾因傳統防(fang)寒(han)服笨重(單套重15kg)、透氣差,多次出(chu)現失溫(wen)風險。2024年冬(dong)季,他們換上了氣凝膠防(fang)護套裝:
整套裝備重(zhong)量降(jiang)至4.2kg(減重(zhong)72%);
靜(jing)態保暖時(shi)長從2小時(shi)延長至(zhi)10小時(shi);
關節處采用3D立(li)體剪裁,活動時(shi)無束縛感(gan)。
隊員王磊在日記里寫道:“以前出艙像鉆冰窖,現在呼吸都帶著暖意——這哪是衣服,分明是把春天縫在了身上。”
醫療守護:早產兒的“恒溫襁褓”
新生兒恒溫(wen)箱是(shi)早產兒的(de)“生命(ming)島”,但(dan)傳(chuan)統(tong)設備存在(zai)兩(liang)大(da)痛點(dian):一是(shi)溫(wen)度波動(dong)大(da)(±1.5℃),易(yi)引發(fa)并(bing)發(fa)癥;二是(shi)能耗高(單臺日耗電12度)。
熱湃聯合北京協和醫院研發的“氣凝膠恒溫艙”,徹底解決了這些問題:
艙壁采用(yong)0.5mm厚氣(qi)凝膠,熱傳(chuan)導率(lv)僅(jin)為傳(chuan)統保溫層的1/5,溫度波動控制(zhi)在±0.2℃(接(jie)近母體子宮環境);
艙體總重(zhong)量減輕60%,移動更(geng)便捷(jie);
日耗電量降至(zhi)4.5度,年省電費超10萬(wan)元(yuan)(按全國(guo)1萬(wan)臺(tai)計(ji)算,年省10億度電)。
建筑節能:6mm玻璃替代40cm墻,省出一座電廠
雄安(an)新區的“被(bei)動式超低能耗建筑”示范項目中,氣凝膠玻璃成為“節能明(ming)星”:
單塊(kuai)玻(bo)璃(li)厚度僅(jin)6mm(傳統(tong)雙層中(zhong)空玻(bo)璃(li)厚30mm),但隔(ge)熱性能是(shi)后者的3.2倍;
建(jian)筑整體能耗降(jiang)低68%,冬季供暖需求減少(shao)85%,夏季空(kong)調負(fu)荷下降(jiang)79%;
全生命周期碳排放較傳統建筑減少52噸/萬(wan)平方(fang)米(mi)(相當于種植2700棵冷杉)。
據住建部測算(suan),若(ruo)全國(guo)新(xin)建建筑中(zhong)10%采用熱(re)湃氣凝膠材(cai)料,每年可減少碳排放2.3億噸——相當(dang)于(yu)關閉(bi)100座中(zhong)小型燃煤電廠。
四、中國智造的溫度革命:從“實驗室神話”到“全民可享”
2010年,氣凝膠的市場價(jia)格(ge)高達(da)5000元(yuan)/平方米(相(xiang)當(dang)于一輛緊湊型轎車(che)的價(jia)格(ge)),僅用于航天、軍工等尖端領域。熱(re)湃團隊用“常壓干燥+廢硅回收”技術(shu),徹(che)底改寫了這一局面(mian):
成(cheng)本(ben)暴降99%:通過從光伏(fu)廢料中提取(qu)高純(chun)硅源(純(chun)度99.999%),結合自主研發的連續化生產線,將(jiang)成(cheng)本(ben)降至150元/平方米;
產能突破:首條萬噸級(ji)氣凝膠生產線投(tou)產,年產能相當于全球其他國(guo)家總(zong)和的2倍(bei);
可降解升級:聯合中科院(yuan)研(yan)發的“植物基氣凝膠”(6個月(yue)自然降解率92%),已應用于高端(duan)服(fu)裝和醫(yi)療領(ling)域。
結語:當材料學會“思考”,四季終成“恒春”
熱湃氣凝膠的意義,遠不止于“一(yi)件更薄的外套(tao)”或“一(yi)棟更省電的建筑”。它本(ben)質上是(shi)一(yi)場人(ren)類與自然關系的重(zhong)新(xin)定義——不再被動適應極(ji)端溫(wen)度,而(er)是(shi)通過材料創新(xin)主動“設(she)計”溫(wen)度;不再讓冬夏(xia)成為生活的枷鎖,而(er)是(shi)讓“春秋”成為觸手可及的日常。
正如中國工程(cheng)院院士、材料學家干勇所言:“氣凝膠的價值,在(zai)于它用納米級的智(zhi)慧,讓人(ren)類在(zai)找到了屬于自己的‘溫度主權’。”
從漠河北極村的探險帳篷,到上海陸家嘴的玻璃幕墻;從南極科考站的防寒服,到北京協和醫院的恒溫箱——熱湃氣凝膠正在用“雙向控溫”的魔法,把“冬夏”的標簽撕成碎片,讓每一個普通人都能說:“我(wo)的(de)溫度,我(wo)做主。”
畢(bi)竟,最好的(de)四季,從來不(bu)是(shi)自然(ran)的(de)饋(kui)贈(zeng),而是(shi)科技(ji)賦予的(de)“恒(heng)春”。