在国家自然科学基金项目（批准号：T2425008）资助下，浙江大学化学工程与生物工程学院柏浩教授团队揭示了北极熊毛发在极端低温下保持优异韧性的结构机制。相关成果以“多尺度结构维持北极熊毛的低温韧性（Hierarchical architecture sustains low-temperature toughness in polar bear hair）”为题，于2026年5月5日发表于《物质》期刊，并被Cell Press网页头条报道，论文链接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(26)00177-3。

　　聚合物材料在低温下的脆性断裂是极地基础设施、航空航天等领域面临的重大挑战。低温条件下分子链运动受到抑制，能量耗散途径被冻结，导致材料发生致命性脆断。尽管共聚、共混等手段可在一定程度上提升聚合物材料低温韧性，但往往以牺牲刚度和强度为代价，且难以实现低成本与高性能的兼顾。

　　研究团队发现，北极熊毛发（一种为适应北极极寒环境而进化出的天然角蛋白纤维）即使在-80℃的低温下，仍能保持优异的韧性（>100 MJ∙m^-3），超越了合成聚合物纤维在低温下易脆断的特性。力学测试与动态热机械分析表明，从 20℃降至-80℃的过程中，北极熊毛发的拉伸应变几乎保持不变，且在-70℃以下仍存在持续的弛豫峰，说明其分子运动能力并未因低温而丧失。进一步的多尺度表征证实，这种异常韧性源于一种分层滑动机制：α-螺旋束组装成中间丝和宏观原纤维，并在多尺度上发生摩擦滑动。这种分层结构实现了高效的能量耗散。

　　这项成果揭示了多尺度微结构能够在极端低温下维持有效的能量耗散，为开发适用于极端寒冷环境的仿生合成纤维与软材料提供了新的设计原则，在极地工程及柔性传感等领域具有广泛应用前景。

图 北极熊毛的低温韧性及多尺度增韧机制