经过亿万年的进化和自然选择,天然材料通常具有人工合成材料难以获得的复杂多级结构,并具有这些复杂结构所赋予的优异性能。比如,具有层状砖-泥结构的贝壳珍珠母具有轻质高强的特性,而天然蜘蛛丝是高强高韧纤维的典型代表。因此,研究天然生物材料的复杂多级结构并对其进行仿生制备是发展高性能材料的有效途径之一。生活在寒冷极地的北极熊具有十分特殊的中空毛发,其壳层致密,由沿轴向紧密排列的微纤组成;内部核层多孔,具有垂直于纤维轴向的片层孔结构。这一特殊结构使得北极熊毛具有优异的保温性能。在寒冷多风的严酷地区,稳定的力学性能是北极熊毛发挥其保温性能的基础,而复杂的多级结构则是北极熊毛稳定力学性能的来源。基于此,本文对北极熊毛的微观结构进行了深入的研究,通过扫描电子显微镜、动态热机械分析、原位小角X射线散射等方式对北极熊毛的室温及低温力学性能进行了探索。研究发现,北极熊毛具有由纳米级蛋白质分子至微米级纤维的多级复杂结构,并且可以在极低的环境温度中保持优于多数合成纤维的韧性。除在北极寒冷的空气中保持体温稳定外,北极熊毛的表面疏水性质使其可以在水下捕获空气,从而具有优异的水下保温隔热性能。受此启发,本文通过冷冻纺丝结合表面超疏水修饰的方法,制备了具有表面超疏水性能以及内部取向孔结构的超疏水保温隔热织物,在进入水中时可以在其粗糙的纤维表面以及纤维之间捕获空气,从而在空气中和水中都具有突出的保温效果。