石墨烯电暖器、碳纳米管电地暖、气凝胶纤维……这些黑科技带来冬日里的别样温暖

立冬节气后，气温不断走低，各式各样的取暖设备“粉墨登场”。如今，除了取暖“老三样”——暖气、热水袋和电热毯外，我们身边还出现了一些科技感很强的“取暖神器”，如石墨烯电暖器、碳纳米管电地暖、气凝胶纤维等。它们逐渐从实验室进入寻常百姓家，不仅可以帮助我们抵御严寒，而且更加低碳环保。

石墨烯电暖器： 升温不用等，即开即热

有一种冷叫“南方的冬天”，而一台电暖器对于没有全面集中供暖的南方来说，绝对是冬季必需品。

前几年，石墨烯对老百姓而言，还是实验室里的“高冷”名词，如今石墨烯材料已经被应用在取暖器中，并且成为市场新宠。

资料显示，素有材料界“黑金”美誉的石墨烯，是目前已知最薄、强度最大、导电导热性能最好的新型纳米材料。天津大学化工学院教授张生在接受科技日报记者采访时介绍道，无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300瓦/米·度（导热系数的单位），是目前导热系数最高的碳材料。

除此之外，石墨烯电热转化效率极高，在通电后它可以将99%的电能转化为热能，且耗电量较低。由于其良好的导电导热性能，使得石墨烯电暖器制热效率非常高，升温不用等、即开即热。

与传统供暖系统相比，石墨烯在发热时，还能够释放直径为8至14微米的远红外线，将热量输送到各个房间。这种远红外线对人体无害，而且会像太阳光照射在人体上一样，让人感受到温暖。

值得一提的是，由于石墨烯材料比较薄，因此可以被制成贴在地板上的发热膜，实现空间内自然均匀升温。此外，还可以将它制成目前流行的踢脚线取暖器，这种取暖器不仅“颜值”高，而且便于在狭小的空间内移动，也不会占用很大的空间。

碳纳米管电地暖： 能将99.8%的电能转化为热能

如今，我国北方不少城市已经完成了从暖气片到地暖的设备升级。但是在没有全部实现集中供暖的南方地区，安装电地暖便成了“怕冷一族”的选择。

但目前市面上由发热电缆、碳晶（石墨粉/短切碳纤维）等制成的电地暖，多数存在能耗高、安全性差、功率衰减严重等问题，后期的维护及使用费更让很多人望而却步。不过，如今随着碳纳米管技术被应用到电地暖中，南方安装地暖的难题有望被解决。

“碳纳米管和石墨烯都是碳材料‘大家族’的成员，但与平面结构的石墨烯不同，碳纳米管主要是由呈六边形排列的碳原子构成的管状结构。在几何层面上，碳纳米管可以被看作是由若干层石墨片沿同一轴线卷绕而形成的空心管，根据管壁层数可将其分为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管。”南开大学化学学院研究员牛志强介绍道，正是由于这种结构特征，碳纳米管在硬度、韧性、稳定性等方面均展现出优异的性能。

资料显示，碳纳米管1991年被首次发现，它具有优异的增强增韧特性，在与高分子材料复合后具有极高的稳定性，同时它又具有优异的电学性能，辅以独特的封装技术及电极连接方式，可以大大提升电地暖的稳定性、安全性。

通常，电地暖生产厂家会将碳纳米管浆料涂在导电材料上，使碳纳米管搭接形成面状导电膜结构，同时在碳纳米管导电膜的两侧覆以金属电极从而形成碳纳米管面热源。通电后，碳纳米管将以远红外线形式释放能量，形成均匀发热的面状发热体，从而产生大量的热，并以远红外线的方式向外释放。

在这一过程中，碳纳米管的电热转换效率高达99.8%，其远红外线转换效率可达83%。除此之外，由于碳纳米管电地暖是利用远红外线来制热的，而远红外线不加热空气，加之其辐射距离有限，故可以将热量牢牢地“锁定”在人体活动的近地面范围，从而达到高效节能的效果。

气凝胶纤维—微多孔透气兼具轻质保暖功能的纺织新材料

气凝胶纤维是一种新型的功能性服用纤维，具有良好的保暖性、吸湿性、透气性等特点。所谓气凝胶纤维，顾名思义就是指用气凝胶制作而成的纺织服装用纤维材料。众所周知，凝胶是溶胶或溶液中的胶体粒子在分散介质作用下形成空间网状结构的弹性固体。以水为分散介质的，则叫水凝胶;而以气体为分散介质的，我们称之为气凝胶。

气凝胶纤维具有极高保温、吸湿、透气性能的气凝胶纤维应用范围也很广泛。显而易见的就是用来制作防寒服、运动装等，随着纺织纤维科技的进一步发展，由服用气凝胶纤维制作的产品，比如宇航服的部分等，可应用到航天领域。

喜欢户外运动，酷爱爬山、探险、穿越的人都无法回避在野外复杂环境下尤其是低温情况下的自身安全问题。而据实验室的数据显示，气凝胶纤维在低温下其隔热性能是棉布的2.8倍，其热焓值可达162 J/g，可在零下196摄氏度到零上300摄氏度的极端环境下长时间发挥隔热保温性能。使用我司研发的气凝胶纤维加工制作成防寒服装，在极寒的气温中也可以起到保暖的作用。

同时，气凝胶纤维极高的保温性、吸湿性和透气性也非常适合于应用在保暖内衣等产品上。普通保暖内衣的最大问题就在于其保暖但不透气。冬季从户外进入室内，温度上升之后人体产生的湿气很难排出，导致使用者穿着的舒适性显著降低。

气凝胶纤维的应用非常广泛，除了户外服装以及保暖内衣，还可以应用在防弹衣、帐篷、睡袋护膝、瑜伽服等领域。

纳米闭孔“柔性”绝热保温新材料

专精特新企业是经济发展的中流砥柱，也是2023年服贸会的亮点之一。在本届服贸会首钢园展区内，近30家企业通过遴选入驻专精特新企业展区，展品涵盖新材料、量子科技、软件系统、芯片、元宇宙与AI、航空航天等多个领域，看似低调，却个个“身怀绝技”。北京青年报记者在现场发现了一款暗藏黑科技的保暖新材料，薄薄一层面料却以极低导热率、良好透湿性，用科技改写了服装保暖技术。

在北京叠加态技术有限公司展台，一卷齐人高的面料拉满了科技值。这是该公司技术团队历时8年成功研发的纳米闭孔“柔性”绝热保温新材料。这卷面料薄如纸，摸上去十分柔软，50米的长度可以制作30件防寒服。最为关键的是，这款面料自重非常轻，可以实现防寒服装的“轻量化”需求。

北京叠加态技术有限公司首席科学家钟飞鹏介绍，纳米多孔材料在1931年被首次发现，虽然具有良好的隔热性能但却“易碎”，这个问题困扰学术和产业界已近百年。叠加态研发团队冲破惯性思维束缚、大胆启用跨界新路线，将这种“易碎”的材料变成了柔韧的“布料”，并同时兼备透气功能。据了解，这款新材料在2020年服贸会平台首发，经过三年的优化，如今面料密度更低、防寒性和透湿性能也更好，手感更加柔软，关键是成本也下降了一半，目前已经实现了量产。据介绍，在2022北京冰雪运动赛场，清华大学研究团队将这种材料应用到室外严寒观赛的热保障中；中科院研究员把材料使用到极寒环境的保温。核心技术得到国家、国际发明专利的授权。它能让冬季衣着更加轻薄、被芯更加轻盈不压身、汽车顶棚不烫手、室内墙体耗能降低，可为20多个行业进行应用和赋能。

文章来源： 北青热点，花果山上小妖猴，Darcy哥，新华网