在高寒、高海拔、强风等极寒环境中，如何让服装既轻薄又保暖，一直是个人热管理领域的重要研究方向。传统棉、羽绒等保暖材料虽然具有良好的隔热性能，但在潮湿、压缩或强风环境下，保暖效果容易下降甚至失效；而气凝胶材料虽然以超低热导率和轻质特性著称，却长期受限于脆性大、加工性差等问题，难以直接应用于纺织品。
针对这一难题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王锦研究员等提出了一种“气凝胶功能基元”策略并进行了大量实践，即以气凝胶颗粒、气凝胶微球、气凝胶粉体等微米级宏观尺寸单元作为气凝胶功能基元，通过人工序构与其他高分子等基底材料非吞噬无损复合，使已经制备好的气凝胶分散在传统高分子、相变材料等基底中，既保留气凝胶轻质、低热导率等特性，又解决其脆性大、难加工等瓶颈问题，达到功能互补与融合，从而实现对材料力学、热学、光学等理化性能的调控，相关工作近期以“氧化硅气凝胶功能基元策略赋能先进热管理材料”为题发表在《科学通报》上。进一步采用气凝胶功能基元策略，将超疏水氧化硅气凝胶颗粒作为功能基元，引入闭孔结构PET纺织基材表面，构筑出气凝胶功能化纺织涂层材料(AFTC)。该材料兼具轻薄、保暖、防风、防水和可加工等特点，为极寒环境下的高性能保暖服装提供了新的技术路径。相关论文以《Superlight and Ultrathin Aerogel Functionalized Textiles for Personal Thermal Management in Extremely Cold Environments》为题发表在Advanced Functional Materials上。
如图1所示，本研究将气凝胶“颗粒化”“涂层化”，通过刮涂—热定型工艺，将超疏水氧化硅气凝胶颗粒均匀固定在闭孔PET纺织基材表面。材料内部形成了由微米级闭孔和纳米级气凝胶孔共同构成的梯度多孔结构，可同时降低固相热传导、抑制气相热传递，并减少低温环境下人体热量向外界散失。更重要的是，该制备工艺采用水性体系，原料具有商业可得性，并可通过卷对卷工艺实现连续化生产，具备较好的规模化应用潜力。实验结果显示，AFTC热导率低至0.0129 W/(m·K)，CLO值达到 0.434 CLO，明显优于未涂覆气凝胶的原始基材和传统纺织品。在低温测试中，AFTC相比普通闭孔纺织基材展现出更强的热保持能力。研究还将AFTC与传统棉和鹅绒材料进行对比，结果表明，在接近保暖效果的情况下，AFTC所需厚度明显更小，有望减少冬季服装的臃肿感。
图1. (A)展示AFTC卷对卷制造工艺的制备流程示意图，该涂层通过抑制热传导、辐射和对流，抑制人体向低温环境的热量流失实现保温。(B)0.7×1.8米的AFTC光学照片。
为了验证材料在真实环境中的应用效果，进一步将AFTC作为保暖层集成到服装中，并在海拔1168 m的雪场环境中开展户外测试。测试当天环境温度约为0 ℃，相对湿度较高，并伴有一定风力。志愿者分别穿着不同结构的服装进行对比测试。结果显示，含有 AFTC保暖层的服装可将人体周围微环境温度维持在 26.7 ℃，高于采用原始基材保暖层和无额外保暖层的对照服装。此外，AFTC 服装整体厚度明显低于传统棉服和羽绒服，在保持良好保暖性能的同时，有望提升服装的轻便性和便携性。
图2. AFTC服装在户外寒冷环境中的实际测试性能(日期，2025年2月18日)。(A)AFTC服装结构示意图。(B)在滑雪场约0 °C温度下，穿着AFTC服装的个人光学图像。(C)人体微环境温度随时间的变化曲线，适用于穿着不同结构服装的志愿者。(D)测试期间的平均温度比较。(E)测试过程中的光学图像。(F)测试过程中服装内部的红外图像。(G)基于红外图像比较人体微环境中不同服装结构的Tmax、Tmin和Tavg。
该研究通过气凝胶功能基元与闭孔纺织结构的协同设计，解决了传统气凝胶材料难以直接应用于服装的问题，实现了高效隔热、柔韧可穿、耐洗耐磨和可规模化制备之间的平衡。未来，该类气凝胶功能化纺织材料有望应用于高寒地区户外服装、滑雪装备、极地科考防护服、高海拔作业服以及功能性保暖内胆等领域。
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