到底什么材料的衣服是最保暖的？
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科技水平允许的话，穿一件静止空气外衣（感谢DerCampus指正）才是最保暖的。
但科技不允许。
那么，什么材料能保存的空气最多，什么材料就最保暖。
什么材料保存空气最多？
羽绒。
人体是一个恒温体，自身就是一个发热源，不断产生热量。这些热量需要释放，如果热量释放较少或较慢，人体就会感到热，比如夏天；如果热量释放的较多或较快，人体就会感到冷，比如冬天。
当人体感受到冷时，会自觉添加衣服。添加衣服并不是人类的本能，而是一种生活经验。为什么添加衣服就能保暖呢？所谓保暖，其实就是阻止热量流失。
热量流失主要有三种形式：热传导、热对流、热辐射（热辐射是指每个发热体都会向四周辐射电磁波，这种热的传播形式主要体现在微观领域，本次并不做赘述。*20世纪80年代，美国为宇航员研发的新型材料太空棉，即是通过在纤维中添加铝箔片，导致人体辐射出去的热量被铝箔片反射回人体，同时使人体细胞加速运动，完成保温的效果）。
如果穿着一身铁皮制作的衣服，照样会感觉到冷，因为铁皮是良好的导热体，热传导率很高。常用的衣服材料，热传导率均较低，其中以羽绒的热传导率最低（5.930），羊毛的热传导率要比羽绒高15%左右（6.986），棉花的热传导率要比羽绒高39%左右（9.717）。
除此之外，还有一个指标可以衡量纤维的热传导效果，就是保温率。数值越高保温效果越好。羽绒的保温率在常见纤维中最高（81.3%），羊毛的保温率要比羽绒低6.5%左右（74.81%），棉花的保温率要比羽绒低18%左右（63%）。
热传导率和保温率二者相结合即可得出“在厚度相同的前提下，羽绒的保暖效果最佳”的结论。
但是，虽然数值上占优，但是如果将羊毛或棉等材料的厚度增加，其保暖效果可以超越羽绒。这符合人类的生活经验：衣服穿的越厚越保暖。
人类还有另外一条生活经验：衣服穿得越厚越显得笨拙。况且，保暖效果再好的纤维，依然无法做到0热传导率、100%保温率。能做到这样“绝对保暖”的材料，只有空气。比如家里边窗户上经常安装的“双层玻璃”，两层玻璃之间就夹带着一层空气。装有双层玻璃的房间里，通常会感到更暖。
既然如此，那我们光着身子站在空气当中，应该不会感到冷喽？
因为热量散失的第二种形式是“热对流”。当贴近你身体的那层空气吸收了身体散发的热量后，密度会变轻，根据大自然的原理，密度轻的空气会自动上升，空出来的地方就自动被旁边的冷空气补充了。因此人体身边的空气始终都是冷的，因此会感觉到冷。
只要在地球的重力环境下，在一个开放的空间，空气的对流是无法避免的。倘若是在失重的环境下，空气的对流停止，那么即使空气温度是0度，人类光着身子也不会感觉到冷，因为贴近身体的那层空气是热的。相当于一层热空气附着在人身体上。但前提是人不能移动，因为这层热空气只停留在那个地方，并不会跟人体一起移动。
那么如何在地球重力的环境下穿一件“空气衣”呢？穿一层中空玻璃显然不现实，那就穿一层塑料膜，里边充满空气，这层空气是静止的，密封的，无论人体怎么移动，都会跟着移动。形象的说就像是套在一个气球里，只露出鼻子呼吸。首先一下子变成了卡通人物不说，人体除了散发热量之外，还会散发湿气，在封闭的环境下湿气无法被排出，人体也会感到非常不适。毕竟皮肤也是需要空气交换的。
其实，说到这里，其实可以先提出一个结论：纤维本身是无法保暖的，只是纤维中夹带了能保温的空气，才体现出保温的效果。纤维中夹带的空气的多少，直接影响纤维的保温效果。
那么，为什么同样都是纤维，相同厚度下，羽绒的保温效果最佳呢？
这可以先从羽绒的分子结构来分析：
1.大分子在形成羽绒纤维时呈卷曲状，因而形成了大量空洞。这导致羽绒的每一条绒丝均是中空的，里面充满空气，而空气是最好的保温材料。
2.在每一朵绒朵中，都包含着几十根结构相同的绒丝，每根绒丝之间到存在着一定斥力，使每根绒丝之间的间距保持最大，理论上能存在更多空气。
3.每一根绒丝中，都长有许多二阶绒丝，当众多羽绒混在一起时，二阶绒丝相互交缠、重叠，形成阻止空气自由流动的多重屏障，加大空气的对流难度。
羽绒纤维呈放射状，因此远比呈线状的羊毛、棉等纤维储存的空气多，因此保温效果最佳。
当然，之前有提到，羊毛、棉等纤维，如果加大它们的厚度，其保温效果可以超越羽绒。但会感觉臃肿。
因此，若室外温度较低，人类想通过穿衣服的方式保持同样的体表温度的话，无论是羽绒、羊毛还是棉，都可以达到要求。
但穿羽绒服装，其厚度远远要低于穿羊毛、棉类服装。
关于各种纤维的蓬松度，经过试验，在纤维体积一定的情况下，其包含空气之后的集合体体积越大，则证明能有效控制的空气体积越大，则保暖性越强；其质量越小，则证明其越轻。实验结果表明，在纤维体积均为1立方厘米时，羽绒纤维的几何体体积最大（382.56立方厘米），是羊毛纤维（101.24立方厘米）的三倍多，是棉纤维（76.92）的五倍多。同时，羽绒纤维的质量最小（1.14g）为羊毛纤维（1.32g）质量的86%左右，为棉纤维（1.54）的74%。
证明羽绒纤维能有效控制的空气体积最大，同时最轻。
从维度的角度，也可以看个究竟。
根据欧式几何的理论，几何体的维度为1、2或3，均为整数值。但自然界中的纤维经过长期进化，并不全是整数值。通过计算机模拟，羽绒纤维的维度为1.66左右。
我们知道，一维的几何体只有长度的概念，二位的几何体有了表面积的概念。用通俗易懂的话来解释，可以这么理解：介于一维和二维之间的几何体，只要维度没到二维，无论在数值上离二有多远，都可以理解为拥有非常小二维特性，即表面积；但维度值越接近二，则表明拥有越大的一维特性，即长度。因此羽绒纤维的维度为1.66可以理解为：拥有相当小的表面积但拥有较大的长度。可以用来比较的是，羊毛和棉纤维的维度值，接近于1.0。即证明羽绒纤维在同样的表面积下拥有更长的长度。
羽绒纤维的维度介于一维与二维之间，由于一朵羽绒中，各条绒丝呈放射状空间分布，因此一朵羽绒的维度介于二维与三维之间，可以理解为拥有相当小的体积，但拥有相当大的表面积。相比之下，羊毛和棉纤维并不具备放射状的空间分布。因此，绒朵可以锁住的空气最大。
同样是羽绒服，保温效果也会有不同，主要体现在三个方面：充绒量、绒子含量、蓬松度。
首先来看充绒量：
1.同等体积下的空间中，充绒量越多，羽绒越厚。
2.当充绒量达到一定质量时，羽绒的厚度上升趋势减缓。
3.存在一个值，当充绒量达到这个值时，羽绒的厚度达到最高点（饱和）。
4.绒子含量越高，这个饱和值越低。
厚度达到最高点，也就意味着，羽绒中含有的空气达到最多。
当充绒量达到饱和后，保温率最高，热传导率最低。若继续添加羽绒，羽绒制品的保温率会略有下降。
其次来看绒子含量：
1.充绒量一定的情况下，绒子含量越高，保温率越高、传热系数最低。
2.充绒量一定的情况下，绒子含量达到一定值时，保温率和传热系数趋于稳定。
3.在充绒量接近饱和的情况下，绒子含量对羽绒制品的保温效果影响较小。
最后看蓬松度：
1.充绒量一定的情况下，蓬松度越高，羽绒被的保温效果越好。
2.绒子含量的多少，直接影响到蓬松度。
3.经试验证明，鸭绒的绒子含量较高时，绒子含量每增加一个百分点，蓬松度约增加2.8。
4.蓬松度还与绒朵大小有关，绒朵越大，蓬松度越高。
绒朵的大小取决于鸭子的生长天数。生长时间越短的鸭子，绒朵的大小越小，绒朵的产量越小（但食用价值较大）；相反，生长周期越长的鸭子，绒朵的大小越大，绒朵产量越大。（但食用价值越小）。一般来说，成长周期较长的鸭子，鸭龄成年后，会在每年春天换绒，已经完全成熟的绒朵自然脱落，此时的绒朵最大，成熟度最高，但人工成本较高。
毕竟鸭绒是副产品，鸭肉才是主产品。鸭农在饲养鸭子时，首先肯定会以出产品的价值为准。
之前有讨论过，空气这种介质，其导热系数最低，最保暖。相比之下，同样作为大自然最基本元素的水（或水汽），这种介质相比空气之下，导热系数要高了数十倍。同时，当水汽完全浸入羽绒、羊毛或棉纤维中时，会引起纤维坍塌，完全破坏纤维本身的保暖性能。但是，人类的皮肤也是需要呼吸的，必然会与大自然进行气体的交换，天气热的时候，身体内的水分也蒸发掉从毛孔出去。那这样，当盖着被子的时候，岂不是会因为出汗而导致纤维浸湿进而无法保暖了么？退一步讲，就算不管保暖的问题，盖一床潮的被子，也不舒服啊。那就改用塑料布阻止水汽浸入纤维，同样是不现实啊。
毛孔呼吸、出汗是自然常理，人类无法改变。但是填充在被子中的纤维，能否尽量少的让水汽浸入以保暖、能否在吸水的同时，快速的把水排出去以保持干燥，是衡量一床被子好坏的关键。
羽绒纤维表层细胞膜含有大量醇类和脂类物质，二者都具有很强的疏水性，因此在羽绒纤维表面上形成了一层牢固的拒水性薄膜。另外从微观层面来看，羽绒纤维外表皮细胞膜内侧，是由数百根原纤紧密有序排列而形成的皮层结构，结晶区域较大，在一定程度上也阻止了水分向纤维内部浸透的现象。
而羊毛纤维表层是一层比较粗糙的鳞片层，鳞片层本身增加了水分与纤维接触的表面积，且鳞片层外表皮是高硫含量的细胞膜组成，属于无定型区，质地较疏松，使水分更容易进入纤维内部，使纤维的湿润性提高。
棉纤维表面有一层疏水性蜡质，浸润性低于羊毛，介于羊毛与羽绒之间。
但是，说羽绒纤维是完全拒水的，也不现实，那样羽绒不就成塑料布了吗？
其实，水汽还是会浸入羽绒纤维的，不过跟羊毛和棉不一样。水汽被羽绒纤维中的大量空洞包含住。（这些空洞，在不遇水时含空气，遇水时则含水。）在湿度相对小的情况下，由于羽绒纤维表层的拒水性细胞膜的存在，水汽只是附着在细胞膜外，而无法浸入羽绒纤维。
这里要引入一个概念，叫做“回潮率”，又细分为“吸湿回潮率”和“放湿回潮率”。“回潮率”一词由于行文的原因容易产生歧义。我们在此姑且可以白话的解释为：吸水的速度、散发水的速度。我们小学时候有一类经典的应用题，讲的是有一个水池，每分钟注入水X吨，每分钟排出水Y吨云云，当注入水的速度和排出水的速度一样时，水池中便不会存有水。当吸入的快而排出的慢时，水池中便会有水存在。无论是什么纤维，吸湿速度永远比放湿速度快，产生吸放湿滞后差值。这也导致纤维遇到水汽后必定会存有一定量的水分，不同的纤维，只是存的水的多少有差异。差值越小，证明吸放湿的速度约接近。羽绒纤维的吸放湿之后差值为0.49%，而羊毛为2%，棉为0.9%。
这一点，从而证明了，羽绒制品的吸湿排汗能力、保暖保干燥的能力，要好于羊毛制品和棉制品。
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不赞同高赞的气凝胶，要研究衣服的话，建议先看下《纺织材料学》，气凝胶只是材料，不是纤维，更不是织物。气凝胶之所以保暖，是因为在很小的质量下，静止大量空气。可现在并没有气凝胶并没有纤维化的技术，就算气凝胶纤维化，静止空气的能力能否保留也存疑。
作为与气凝胶的对比，羽绒能保暖，是纤维之间能固定空气；合成保暖棉能保暖，是纤维做成中空管，纤维管道和纤维之间能静止空气。
在气凝胶的应用上，波司登的登峰系列羽绒服，只有在保护手机的口袋夹层使用气凝胶材料。
还有些公司宣称使用气凝胶纤维填充物，其本质是混有气凝胶材料的聚酯纤维，依然是聚酯纤维的保暖效果，只是为了找卖点。
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到底什么材料的衣服是最保暖的？
现阶段，北极熊的皮毛，是地球上保暖最好的衣服。
我们冬装里填充的保暖棉，羽绒服和棉服的热反射技术，都用到了北极熊皮毛有关的仿生科技。
在极寒天气，风和水才是真正的敌人，可即便在最冷的天气，北极熊也能在冰山上玩耍，在冰冷刺骨的海水中游上10多千米。
北极熊身上的毛有两层，外层是含有油脂的防水针毛，游泳时能防止海水侵入，里层是保暖绒毛。将北极熊的“白毛”放在电子显微镜下，会发现北极熊的毛不是白色的，而是一根根中空而透明的毛管。人类肉眼所看到的“白色”，是因为毛的内表面粗糙不平，以致把光线折射得非常凌乱而形成的。
北极熊中空毛管中，存在大量静止空气，而静止的空气是导热最低的材料，所以北极熊的毛是绝佳的保暖纤维。同样，羽绒之所以保暖，也是绒丝之间锁住大量静止空气来保暖，与北极熊的毛异曲同工。
北极熊在“透明”的毛下还有一身黑色的皮，我们从它们的鼻头、爪垫、嘴唇以及眼睛四周的黑皮肤上就能窥见皮肤的原貌。
黑色的皮肤有助于吸收热量，研究人员研究发现，北极熊特殊的透明毛管，能让空气中的高能紫外线沿着毛芯内部通过，反射到毛下黑色皮肤上，转化成热能，皮下的血液将热能输送到全身。
不仅如此，北极熊的毛还能反射红外线辐射。北极熊和人一样，都是恒温动物，每时每刻都在散发热量，即热辐射，北极熊的毛裹住身体，可反射身体的热辐射，减少了热量散发，从而保证了体表的温度。
「北极熊毛片仿生产品」
北极熊的皮毛，防水又保暖，可吸收紫外线吸热，又能阻挡身体热量散发，一系列神奇的构造，成为世界上最保暖的衣服，也给人类很多灵感，研发出相关仿生产品。
比如，以北极熊毛的结构，制作出外层防水，而内部是中空管状保暖棉，PrimaLoft、3M新雪丽、杜邦Thermolite等，都是这原理。
早期宇航服的构造，有数道铝箔夹层，就是仿北极熊毛，反射身体的热辐射来保暖。
2019年10月15日，美国航天局15日发布了具有更大灵活性和更高安全性的下一代宇航服，左侧这种舱外宇航服可在零下约157摄氏度至零上约121摄氏度之间的温度条件下工作，保护宇航员不受辐射、月尘和微流星体侵害。
美国哥伦比亚户外的奥米热能反射科技，就是使用银色聚酯纤维纱线，制成衣服的保暖内衬，就这一层薄薄的内衬，就能增加羽绒服20%的保暖效果。
以北极熊毛皮的仿生科技，还在不断开发中，并且有望超过北极熊皮毛的保暖效果。
2018年，料科学的《先进材料》学术周刊，发表了浙江大学柏浩教授团队的研究成果， 模仿北极熊毛的结构，将蚕丝溶解于水中，制成含水量达95％的纺丝溶液。之后，再用注射器将混合物慢慢注入一个低温装置中，形成直径约为200微米、含有冰晶的冷冻多孔纤维。最后，再通过冷冻干燥，让纤维中的冰晶升华留下众多有序的片层孔。
“我们惊讶地发现，这种材料的导热系数比原本的北极熊毛发还要低，保暖性也更强”，柏浩说道。
这种隔热纤维，和北极熊毛一样，通用可以反射身体的热辐射，减少了热量散发，还在热成像设备前，达到“热隐身”效果。
未来的冬天，我们或许可告别厚重的外套，披一件薄如蝉翼的“毛衣”便可出门；野外作战的士兵，在“热隐身衣”的保护下，可成功躲过红外探测……
柏浩也已获得了这项冻结纺丝技术的专利，他希望能把这种织物发展成商品。并且，他也很看好自己的成果在工业、军事等领域找到用武之地，“若用它来生产军服，就可以隐藏士兵的踪迹了。”
但同样研究冻结纺丝技术的法国科学家认为，柏浩的目标可能无法再短期内实现。“以目前的技术而言，生产一件织物的过程过于费时，还无法达到量产的水准。”
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我个人的看法是，现阶段，适合作为人类衣服的，是北极熊的皮毛一体大衣。与北极熊皮毛大衣接近的，还有海豹、海象等生活在极地的动物皮毛，爱斯基摩人就使用海豹皮缝制派克大衣
服装发展很快，背后的纺织行业进展并不快，除了新品研发出来，还有低成本的量产化，以及商业化，还每一步都太难了。所谓的黑科技保暖衣服，一茬接一茬的出现，可又都死掉了。要么是瞎吹，要么是无法解决量产成本。
像Nudown这种充气棉服，2014年诞生时也曾有国内高光时刻。使用Polartec Neoshell做外层面料，大身以外的区域填充皮棉，大身使用充气保暖方案，天冷就多充点气，为了解决透湿，腋下等出汗部位都带拉链。这种看似还算靠谱的解决方案，现在也是半死不活的状态。
真正的黑科技新品，初期的量产都是军队应用。在中国，如果能有一家企业，能把“气凝胶”、“冻结纺丝纤维”或相似新品，做到量产，还能卖出去，那这家企业，一定是际华。
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参考资料
北极熊与北极熊毛的图片，转自Nationalgeographic
《用多孔仿生纤维 织就一款北极熊“毛衣”》科技日报
柏浩，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，浙大官网可查。柏浩教授1983年出生于重庆，本科2006年毕业，和我同年……真心服气