Mokslininkai sukūrė gamtos įkvėptą anglis vamzdinė aerogelio termoizoliacinė medžiaga, pagrįsta baltojo lokio plaukų mikrostruktūra. Šis lengvas, labai elastingas ir efektyvesnis šilumos izoliatorius atveria naujus kelius energiškai efektyviai pastatų izoliacijai
Baltoji meška plaukai padeda gyvūnui išvengti šilumos praradimo šalto ir drėgno klimato sąlygomis šaltame poliariniame rate. Baltojo lokio plaukai yra natūraliai tuščiaviduriai, skirtingai nei žmogaus plaukai ar kiti žinduoliai. Kiekvienoje plaukų sruogoje yra ilga, cilindrinė šerdis, einanti per jos centrą. Būtent tokia ertmių forma ir tarpai baltojo lokio plaukams suteikia išskirtinį baltą kailį. Šios ertmės turi daugybę savybių, tokių kaip išskirtinis šilumos išlaikymas, atsparumas vandeniui, elastingumas ir kt., todėl jos yra labai gera šilumos izoliacinė medžiaga. Tuščiaviduriai centrai riboja šilumos judėjimą, o dizaino požiūriu kiekviena sruogelė yra ypač lengva. Be to, dėl nedrėkimo baltojo lokio plaukų gyvūnas sušildo, kai jis plaukioja minusinėje temperatūroje ir drėgnomis sąlygomis. Taigi baltojo lokio plaukai yra labai geras modelis kuriant sintetines medžiagas, kurios gali veiksmingai izoliuoti nuo karščio, kaip tai daro natūraliai baltojo lokio plaukai.
Naujame tyrime, paskelbtame birželio 6 d Chem, mokslininkai sukūrė naują izoliatorių, kuris įkvėpė ir imituoja atskirų baltųjų lokių plaukų mikrostruktūrą ir taip įgyja visas unikalias jo savybes. Jie pagamino milijonus itin elastingų, lengvų tuščiavidurių anglies vamzdelių, kurių kiekvienas buvo vienos plauko sruogos dydžio, ir suvyniojo juos į aerogelio bloką. Projektavimo procesas pirmiausia prasidėjo gaminant kabelio hidrogelį iš telūro (Te) nanolaidelių, kaip šabloną, kuris buvo padengtas anglies apvalkalu. Tada iš šio hidrogelio jie pagamino anglies vamzdelio aerogelį (CTA), pirmiausia jį išdžiovindami, o paskui kalcinuodami inertinėje argono atmosferoje 900 °C temperatūroje, kad pašalintų Te nanolaidelius. Dėl šio unikalaus dizaino CTA yra puikus šilumos izoliatorius ir itin elastingas, nes jis atšoka 1434 mm/s greičiu. Tai greičiausias, palyginti su visomis įprastomis elastinėmis medžiagomis. Autoriai pažymi, kad jis net elastingesnis nei baltojo lokio plaukai.
Dėl tuščiavidurės anglies vamzdžių struktūros medžiaga pasižymi puikiu šilumos laidumu, kuris yra mažesnis nei sauso oro, nes medžiagos vidinis skersmuo yra mažesnis nei laisvo oro kelio. Medžiaga pasižymėjo ilgaamžiškumu, nes išlaikė šilumos laidumą po 3 mėnesių laikymo kambario temperatūroje su 56 % santykine oro drėgme. CTA yra lengvas, 8 kg/m3 tankis; lengvesni nei dauguma turimų termoizoliacinių medžiagų. Jo neveikia vanduo, nes jis nėra drėgnas. Be to, mechaninė CTA struktūra išlaikoma net po daugybės suspaudimo-atleidimo ciklų esant skirtingoms deformacijoms.
Šiame tyrime aprašomas naujas anglies vamzdelio aerogelis, įkvėptas baltojo lokio plaukų tuščiavidurio vamzdžio dizaino, kuris veikia kaip puikus šilumos izoliatorius. Palyginti su kitomis turimomis aerogelio izoliacinėmis medžiagomis, šis baltojo lokio įkvėptas tuščiavidurio vamzdžio dizainas yra lengvas, atsparesnis šilumos srautui, atsparus vandeniui ir nesuyra per visą savo naudojimo laiką.
Patobulintos ir efektyvesnės šilumos izoliacijos sistemos žada sutaupyti pirminės energijos suvartojimą. energija dabar jo trūksta energija išlaidos didėja. Vienas iš būdų taupyti energiją yra pagerinti šilumos izoliaciją pastatai. Aerogeliai jau duoda daug pažadų įvairioms tokioms reikmėms. Šis tyrimas atveria galimybes kurti aukštos kokybės medžiagas, kurios yra lengvos, itin elastingos ir šilumą izoliuojančios, skirtos naudoti pastatuose, aviacijos ir kosmoso pramonėje, ypač ekstremalioje aplinkoje. Dėl savo ypatingo tempimo, jo patrauklumas yra didesnis įvairioms reikmėms.
***
{Galite perskaityti pradinį tyrimo dokumentą spustelėję toliau pateiktą DOI nuorodą cituojamų šaltinių sąraše}
Šaltiniai)
Zhan, H ir kt. 2019 m. Biomimetinis anglies vamzdelio aerogelis užtikrina itin elastingą ir šiluminę izoliaciją. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
