Аэрогели являются одними из лучших теплоудерживающих материалов и используются в качестве изоляции в зданиях. Но волокна, изготовленные из аэрогелей, часто слишком хрупкие, чтобы их можно было вплести в носимый текстиль, и они, как правило, теряют свои изоляционные свойства после стирки и во влажной среде. Чтобы решить эту проблему, исследователи обратились за вдохновением к меху белого медведя. Каждый волосок этого меха имеет десятки крошечных воздушных карманов, которые препятствуют отводу тепла и помогают медведям сохранять оптимальную температуру тела в экстремальных условиях Арктики. Это пористое ядро окружено плотной внешней оболочкой, которая является водонепроницаемой, гибкой и прочной.
Ученые применили ранее используемый подход для создания нитей из аэрогеля, используя раствор, полученный от шелкопряда. Таким образом, они получили нити, которые имитировали пористую внутреннюю структуру меха белого медведя. Для создания внешней оболочки исследователи покрыли аэрогель тонким эластичным слоем термопластичного полиуретана, который широко используется в спортивной одежде и снаряжении.
Аэрогель не может быть растянут более чем на 2% от его существующей длины без повреждений, но композитное волокно, вдохновленное белым медведем, вернулось к своей первоначальной длине после растяжения на 1000%. Это указывает на то, что оно было прочнее и эластичнее, чем предыдущие волокна аэрогеля, благодаря своему эластичному покрытию. Теплоизоляционные свойства волокна также сохранялись после его растяжения вдвое в течение 10 000 раз. Волокно не меняло свою структуру или форму при погружении в воду, высыхании или окрашивании.
Исследователи связали свитер из аэрогелевого волокна и сравнили его теплоизоляционные характеристики с пуховиком, шерстяным свитером и хлопковой рубашкой с длинными рукавами. Команда наняла добровольца, чтобы он носил каждый предмет одежды в комнате, которая была охлаждена до −20 °C. Затем ученые измерили температуру поверхности четырех предметов одежды, чтобы оценить, насколько хорошо они сохраняют тепло.
Хотя свитер, вдохновленный белым медведем, был в пять раз тоньше пуховика, он имел лучшую изоляцию из всех предметов одежды. Средняя температура его поверхности составила 3,5 °C, в то время как у пуховика — 3,8 °C. Это указывает на то, что куртка теряет больше тепла, чем свитер. Хлопчатобумажные рубашки и шерстяные свитеры были наименее изолирующими со средней температурой поверхности 10,8 °C и 7,2 °C соответственно. Изоляционные свойства аэрогелевого свитера не ухудшились после нескольких отжимов в стиральной машине. А значит, его можно часто носить.
Синтетическая одежда, вдохновленная мехом белого медведя еще далека от того, чтобы появиться в мейнстримном магазине одежды. Подход к созданию волокна пока слишком медленный и энергоемкий, чтобы его можно было масштабировать для массового производства. Но ученые намерены улучшить его масштабируемость.
