浙江理工大学许为中博士、邢赟硕士（共同一作）、刘爱萍教授（共同通讯作者）和浙江大学的柏浩教授（共同通讯作者）等在ACS Nano上发表了题为“Efficient water transport and solar steam generation via radially, hierarchically structured Aerogels”的研究论文。该团队在落羽杉以及针叶树管胞结构的启发下，提出了一种径向分级多孔结构的气凝胶用作高效的水传输和蒸发系统。采用径向冰模板法和低温原位自由基聚合技术，实现了具有毫米级别的径向发散通道、微米级别的褶皱和孔壁处形成的微孔以及纳米级别的分子网络的径向分级多孔结构的聚丙烯酰胺气凝胶（PAAm），然后在上表面负载一层碳纳米管（CNT）作为光吸收层。这种下层水传输层、上层光吸收层的仿生设计有利于毛细上升和太阳能水蒸发，实现了相对较快的（前一秒大于1cm，300s时大于9cm）、长距离的（190min内超过了28cm）自发、反重力传输水，除了纯水，还可传输海水、污水、地下水等；此外，在一个太阳光辐射下，实现了2.0 kg/m2/h的太阳能水蒸发速率，能量效率达到了85.7%。这种有效率的水传输和蒸发设计，为实现水的净化、再生和脱盐提供了一个潜在的解决策略。

报告题目：基于冰模板法制备多尺度结构仿生功能材料
报 告 人：柏浩教授
报告时间：2019年6月12日（周三）下午3:00
报告地点：华中科技大学韵苑28栋二楼会议室
邀 请 人：黄才利教授

报告人简介：
柏浩，1983年出生，2006年于浙江大学高分子系获高分子专业学士学位（导师：郑强 教授）；2012年于中国科学院国家纳米科学中心获物理化学专业博士学位（导师：江雷 院士）；2012-2015年，于美国劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校从事博士后研究（导师：Antoni P. Tomsia教授）。2015年9月起，任浙江大学化学工程与生物工程学院研究员、博士生导师。
研究方向为具有多尺度结构与多功能的仿生智能材料。研究成果发表在Nature，Nature Materials，Nature Communications，Science Advances，Advanced Materials，ACS Nano等学术期刊上，引用4000余次，3次被Nature和Science选为研究亮点。
曾获国家自然科学基金委“优秀青年科学基金”（2017），以及香港求是科技基金会“求是杰出青年学者奖”（2015）、中国科学院优秀博士学位论文奖（2013）、中国科学院院长特别奖（2012）等多项荣誉。

报告简介：
生物材料经过长期进化，在材料组分有限的情况下，通过构筑复杂有序的多尺度结构实现了很多令人羡慕的优异性能。因此，向自然学习已逐渐成为发展新材料的有效手段和途径。在深入研究贝壳、植物杆、北极熊毛等生物材料优异特性的基础上，我们利用冰模板法诱导材料组装，对这几类典型生物材料的多尺度复杂有序结构和功能进行了模仿，制备了多种具有应用前景的智能仿生材料。发明了冷冻纺丝技术，模仿北极熊毛高效隔热红外隐身性能，开发了具有有序多级孔结构的高效隔热织物。该材料在军事伪装等领域有重要潜在应用，得到了学术界和工业界的极大关注。发明了双向冷冻冰模板法，模仿贝壳珍珠层，开发了面向轻质、高强复合材料的可控制备新技术。提出了将多尺度结构调控与智能分子设计相结合的策略，开发了具有自修复和智能响应特点的新型高分子复合材料，有望延长其作为结构材料在航空航天等领域的使用寿命。

蚕丝与冰的艺术——仿北极熊毛的新型热隐身织物

北极圈严寒气温下，北极熊们行动自如。漫长的进化给了它们对抗严酷气候的全副武装。其中一件装备——“白色毛衣”引起了科学家们的注意。与一般动物的毛发不同，北极熊的毛发更像是一根根空心的“管”，其中心是一块海绵状的区域，有着许多小孔。这些孔内贮存了大量静止的空气，大大减少了北极熊身体热量的流失。

受此启发，浙江大学柏浩研究团队研发了一种仿北极熊毛的新型绝热纤维。这种纤维主要成分为蚕丝蛋白，利用“冷冻纺丝”法制备而成。实验装置中，蚕丝蛋白溶液从针头挤出，缓缓穿过一个低温的铜环。此时，溶液中的水受冷结冰，冰晶将蚕丝蛋白挤压到相邻的冰晶中间，在纤维内部产生了复杂的结构。之后这些纤维经过冷冻干燥，冰晶因升华而除去，留下了具有多孔结构纤维。


这种具有多孔结构的纤维展现出优异的隔热性能，热导率（22 mW·m−1·K−1）甚至比天然北极熊毛（27 mW·m−1·K−1）还低。研究团队给兔子穿上此纤维纺织的布料，在红外相机下实现了兔子的“热隐身”。


众所周知，热量的传递主要有三种形式：热传导、热对流和热辐射。仿生纤维的优异性能来源于这三种途径的共同作用。一方面，大量的孔道使得空气纤维内部能够容纳很多空气，而空气的热导率非常低，这使得热量热传导损失大大减小。另一方面，复杂的孔道结构使得空气流动受限，降低了对流传热。此外，多层的孔壁结构能够反射热辐射，进一步增强的纤维的保温性能。


此外，在原材料中加入碳纳米管后，此仿生纤维具有了电加热功能。在5V电压下，材料的温度能够在一分钟内从24℃上升至36℃。不仅实现了被动隔热，而且还能主动加热。


这种仿生纤维将在各领域有着巨大的应用潜力，同时给人们设计制造隔热材料、智能服装提供了新的思路。相关文章在线发表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201706807）上。