Scientists have designed a nature-inspired anglis tube aerogel thermal insulating material based upon the microstructure of polar bear hair. This lightweight, highly-elastic and more efficient heat insulator opens up new avenues for energy-efficient building insulation
Baltoji meška hair helps the animal to prevent heat loss in cold and humid climatic conditions in the frigid Arctic circle. Polar bear hair is naturally hollow unlike human hair or other žinduoliai. Each hair strand has a long, cylindrical core running through its center. It is this shape and spacing of the cavities which gives polar bear hair the distinct white coat. These cavities have multitude of properties like exceptional heat-holding, water resistance, elasticity etc. which makes them a very good thermal insulator material. The hollow centers restrict movement of heat while design-wise making every strand extremely lightweight. Also, the non-wettable nature of polar bear hair keeps the animal warm when they are swimming in sub-zero temperatures and also under humid conditions. Polar bear hair is thus a very good model for designing synthetic materials which can provide efficient insulation from heat just like polar bear hair does it naturally.
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.
Improved and more efficient thermal insulation systems hold promise for conserving primary energy consumption. energija is now in short supply while energija costs are escalating. One of the ways to conserve energy is to improve thermal insulation of 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
