春节脚步渐近，大家的出游计划都制定好了吗？ 最近，南方小土豆身着五彩羽绒服北上勇闯哈尔滨的场景是不是让你也跃跃欲试呢？在哈尔滨零下十几度的环境中，小土豆们所依靠的羽绒服是如何抵御严寒的呢？

除了羽绒服，还有别的产品能成为我们更好的选择吗？

“可抵抗-196摄氏度的科技抗寒服”是否是“智商税”？

保温原理

其实，让羽绒服保暖的关键在于其羽绒的蓬松结构所形成的静止空气层。物理学上，热量在空气中的传导方式主要有三种：

导热（空气分子的振动和碰撞，即使在静止空气中分子也在做随机运动）；

对流（有温度差或压力差时会出现的气体流动）；

辐射（通过电磁波的形式传递热量，不需要介质）。

回到羽绒服，羽绒由成千上万的细小绒朵组成，蓬松的球状绒朵结构可以捕获空气使其相对静止。空气是导热系数极低的介质，在标准大气压下和室温时约为0.027W/m·K。

总结来说，羽绒形成的静止空气层通过减少对流，防止人体热量向外散失从而保持体温，从而达到了“保暖”的效果。

不同材料的导热系数 (信息来源：服装材料学)

保暖方式的不断蜕变

在古代，人们主要依靠动物皮毛（如熊皮、兔皮、羊皮等）、羊毛和棉花来制作保暖衣物。这些材料的保暖原理与现代羽绒服相似，都是通过蓬松的结构形成空气层，以减少热量传递，从而达到保暖的效果。

1936年，美国户外装备制造商Eddie Bauer设计了一种新型的保暖外套，其填充物为鸭绒。这款外套最初是为在寒冷水域工作的渔民设计的，但很快因其轻便、保暖和耐用的特性受到了广泛欢迎，尤其是在户外活动爱好者中。随着时间的推移，这种设计被其他服装制造商所采纳，并逐渐发展成为今天我们所熟知的羽绒服品类。

图片来源：Heddels - Eddie Bauer初代保暖外套

到了21世纪初期, 人们开始尝试用绝热性能更佳的气凝胶 (导热系数低至0.015 W/m·K)来制作保暖服饰。

气凝胶最早是由美国科学家Samuel Stephens Kistler在1931年发现。起初，气凝胶因其独特的物理和化学属性，被广泛应用于热隔离、吸波和吸附等领域。例如在航空航天领域，其卓越的隔热性能保护了航天器在进入大气层时免受高温烧蚀，以及在太空中保持内部温度稳定。但早期因成本较高、易破碎、技术不成熟难以大规模生产等问题，气凝胶未被应用到服装领域。直到2018年，气凝胶防寒服领域的开创者素湃科技解决了气凝胶易掉粉、易碎等难题，成功将气凝胶运用于纺织领域，实现了气凝胶从工业用品走向民用品的大规模开发。

气凝胶 （图片来源：维品承科技官网）

气凝胶的导热系数之所以比空气还要低，是因为其中有极多纳米级微小孔隙，这限制了孔隙内的气体分子的移动，分子与孔壁之间的碰撞变得频繁，碰撞会消耗分子的动能，减少分子的自由度，从而减少了分子间的碰撞和热传导；此外，由于孔隙尺寸小，气体分子在孔隙中的运动路径非常曲折，这增加了分子间传递热量的难度。

因此，极低的导热率使气凝胶成为卓越的保温材料。

羽绒服和气凝胶保暖衣虽然具有优秀的保暖性能，但也有一些缺点。羽绒服往往因为其填充物的蓬松性而显得较为笨重，而气凝胶防寒服则因其高科技材料的使用而价格相对较高。

近几年，摇粒绒作为一种更加轻便和经济的替代品，正逐渐成为市场上的热门选择。它的起源可以追溯到上世纪80年代。那个时期，登山服装的保暖材料主要是羊毛，但羊毛吸湿性太强，受潮了以后会变得很重而且干燥缓慢，对登山者来说非常麻烦。

于是，美国顶级户外品牌Patagonia创始人Yvon Chouinard 开始思考人造面料代替羊毛的可能性。他找到正深陷人造皮草失利困境而疯狂地甩卖库存面料回血的纺织大厂Malden Mills公司，邀请对方一起开发新型面料。凭借Patagonia对消费者需求的敏锐洞察和Malden Mills在面料技术领域的深厚积累，一款创新面料——摇粒绒（Polar Fleece）迅速问世。这种新型面料因其优秀的保暖性和轻便性迅速受到了户外服装品牌的青睐，并逐渐取代了登山服里的羊毛材料。《时代》周刊更是将摇粒绒选为20世纪百大发明之一。但早期因其生产工艺相对较为复杂导致了生产成本较高，所以摇粒绒一开始主要被高端品牌采用。

早期Patagonia摇粒绒外套 （图片来源：The Great Outdoors）

1998年，优衣库引入摇粒绒制作工艺并进行了技术改进。优衣库从本土公司购买原料，利用全球化的廉价劳动力进行大规模的生产，在质量没有明显下降的情况下，把摇粒绒做到了美国产品50%的价格。该系列取得了巨大成功，让优衣库一跃成为日本最大的服装零售商。

图片来源：优衣库官网

如何选择一件保暖衣：是否越厚越好？ 

在了解完不同保暖衣物的原理后，你是否觉得导热系数越低就代表衣服越保暖呢？

其实不然。导热系数是材料本身的热传导能力，是一个固有的物理属性，没有考虑服饰的表面积、透气性、紧密度等因素，所以不能直接反映服装在实际穿着条件下的保暖效果。

在比较不同品牌和类型的服装时，通常会使用克罗值这一综合指标。它指的是服装对热的综合阻隔能力，考虑了除材料热导率外其他影响服装保暖性的因素。克罗值越高，服装的保暖性越好。克罗值定义为：在室温21℃、相对湿度小于50%、风速不超过0.1米/秒的环境中，一个安静坐着或从事轻度脑力劳动的人（代谢产热量为209.2千焦耳/平方米·小时）感觉舒适时，所穿衣服的热阻值为1克罗。

不同材料的克罗值 （信息来源：知乎企鹅君）

另一个需要考虑的问题是，在其他条件相同的情况下，一件保暖衣是不是越厚越保暖呢？比如一件羽绒服的充绒量是否越高越好呢？

厚衣服由于能捕获更多静止的空气层，增加了导热的长度，从而降低了热量的传递，提升了衣物的保暖性。然而，当空气层超过一定厚度时，靠近人体的空气层会比外层的空气温度高，而热空气由于密度低于冷空气而上升，冷空气则会下沉填补上升热空气的位置。冷空气接触人体时变热上升，而热空气在衣物外层与周围冷空气接触时热量会传递到外部环境而下降。这种上升和下沉的空气流动形成了对流循环，带走热量。

因此，衣服越厚不一定意味着越保暖。

信息来源：服装的保暖性能测试标准和评价标签

防寒衣性能的不断突破与创新 

上文提到的气凝胶虽然是目前保暖性能最好的材料，但因其易碎的特性，添加到纤维中的含量通常非常低，这限制了它在防寒服饰中的潜能。某抗寒服网红品牌就曾推出“可抵抗-196摄氏度的科技抗寒服”。然而，不少消费者却表示，气温处于零度附近就已经很难保证保暖效果，更不用说-196度。除了易碎，气凝胶微粒在洗涤过程中可能会脱落，其微孔结构也可能会被破坏，令其保暖性大打折扣。

但人类对于保暖新材料的探索并没有停止，在性能、实用性、经济性、可持续性上都有着新的突破。

“北极熊毛衣”

2023年12月，浙江大学的科学家通过改良气凝胶制成了和羽绒服一样保暖但厚度只有其五分之一的毛衣。灵感来源于拥有极高克罗值（5 clo）的北极熊毛。团队发现，北极熊毛是中空结构，里面封装了大量“静止”的空气，且每一根毛发都有一层防水外壳。受到这个发现的启发，研究团队制备出一种新型“核—壳”结构的纤维。将拥有多孔结构的气凝胶用一层TPU（热塑性聚氨酯橡胶）外包裹起来，外壳为气凝胶提供了良好的力学支撑，使其耐磨、耐拉伸、耐水洗。这种合成纤维在被拉伸至其2倍长度10000次后，其性能也保持不变，并且在浸入水中、干燥或染色时，其结构也没有改变。

但目前制造这种纤维的方法过于缓慢，而且需要大量能源，还无法进行大规模生产。其实，通过在材料表面涂覆化学物质来增强性能的例子不少，比如拒水羽绒服就是在羽绒表面涂上氟碳化合物或硅基化合物，形成一层防水膜，从而极大程度地减少了洗涤对羽绒蓬松度和保暖性的影响。

“自愈”外套

一件高质量的防寒服价格不菲，如果不慎被尖锐物划破又很难做到无痕缝补，这种时候该怎么办呢？

美国Imperial Motion公司在2017年推出了能自动修复的纳米外套，只需要用手摩擦产生热量，破损处就能自动愈合。外套采用了宾夕法尼亚州立大学研发的纳米修复材料Nano Cure Tech，纤维表面附着了一层纳米修复PET涂层，具有高粘度、高弹性和缓冲性。在外物插入该材料时，纤维固有结构并不会被破坏，只是被向外推开，手指摩擦产生的热量可以促进面料中固有结构的复原，不过目前只能修复小破洞。我们期待未来这一技术能够进一步发展，扩展到羽绒服等更多冬季服饰，为消费者提供更加持久和便捷的穿着体验。

无论是无负担的轻量保暖，或是摇粒绒引领的时尚风潮，科技正以前所未有的速度推动着服饰行业的变革。未来，我们相信科技将持续迭代，不仅提升服饰的功能性和舒适性，还将为消费者带来更加个性化和智能化的穿着体验。我们将持续关注服饰领域的前沿科技，与杰出的创新企业携手推动技术革新，为消费者的生活品质带来更加卓越的提升。