Научниците дизајнираа инспириран од природата јаглерод термоизолационен материјал со цевки од аергел базиран на микроструктурата на влакната од поларната мечка. Овој лесен, високо-еластичен и поефикасен топлински изолатор отвора нови патишта за енергетска ефикасна изолација на зградите
Поларна мечка влакната му помагаат на животното да спречи губење на топлина во студени и влажни климатски услови во ладениот арктички круг. Косата на поларната мечка е природно шуплива за разлика од човечката или друга коса цицачи. Секој прамен на косата има долго, цилиндрично јадро кое поминува низ неговиот центар. Токму оваа форма и растојание на шуплините им даваат на косата на поларната мечка изразито бело палто. Овие шуплини имаат многу својства како што се исклучително задржување на топлина, отпорност на вода, еластичност итн. што ги прави многу добар топлински изолаторски материјал. Шупливите центри го ограничуваат движењето на топлината, додека според дизајнот го прават секој прамен исклучително лесен. Исто така, невлажнетата природа на влакната на поларната мечка го одржува животното топло кога плива на температури под нулата, а исто така и под влажни услови. Косата на поларната мечка е многу добар модел за дизајнирање синтетички материјали кои можат да обезбедат ефикасна изолација од топлина исто како што косата на поларната мечка го прави тоа природно.
Во новата студија објавена на 6 јуни во Chem, научниците развија нов изолатор кој се инспирира од и имитира микроструктура на поединечни влакна од поларна мечка и оттука ги добива сите негови уникатни својства. Тие изработија милиони супереластични, лесни издлабени јаглеродни цевки, секоја со големина на една влакно и ги навиваа во блок од аергел. Процесот на дизајнирање најпрво започна со изработка на кабелски хидрогел од наножици од телуриум (Te) како шаблон кој беше обложен со јаглеродна обвивка. Потоа направија аерогел од јаглеродна цевка (CTA) од овој хидрогел така што прво го сушеа и потоа го калцинираа во аргон инертна атмосфера на 900 °C за да се отстранат Te наножиците. Овој уникатен дизајн го прави CTA одличен топлински изолатор и исто така супереластичен по природа бидејќи се враќа со брзина од 1434 mm/s. Ова е најбрзото досега во споредба со сите конвенционални еластични материјали. Авторите истакнуваат дека е уште поеластичен од косата на поларната мечка.
Поради шупливата структура на јаглеродните цевки, материјалот покажува одлична топлинска спроводливост која е пониска од онаа на сувиот воздух поради тоа што внатрешниот дијаметар на материјалот е помал од слободниот пат на воздухот. Материјалот покажа долговечност со одржување на својата топлинска спроводливост откако се чуваше 3 месеци на собна температура со 56% релативна влажност. CTA е лесен со густина од 8 kg/m3; полесни од повеќето достапни материјали за топлинска изолација. Не е под влијание на водата бидејќи не може да се навлажни. Исто така, механичката структура на CTA се одржува дури и по бројни циклуси на ослободување од компресија при различни соеви.
Тековната студија опишува нов аергел од јаглеродна цевка – инспириран од дизајнот на шупливата цевка на косата од поларна мечка – кој делува како одличен топлински изолатор. Во споредба со другите достапни материјали за изолација на аерогел, овој дизајн на шуплива цевка инспириран од поларна мечка е со мала тежина, поотпорен на проток на топлина, отпорен на вода и не се распаѓа во текот на својот животен век.
Подобрените и поефикасни системи за топлинска изолација ветуваат за заштеда на потрошувачката на примарна енергија. енергија сега е во недостиг додека енергија трошоците се зголемуваат. Еден од начините за заштеда на енергија е да се подобри топлинската изолација на згради. Аерогелите веќе покажуваат големо ветување за широк спектар на такви апликации. Оваа студија отвора патишта за дизајнирање материјал со високи перформанси кој е лесен, супереластичен и топлински изолациски за апликации во згради, воздушна индустрија особено во екстремни средини. Поради неговата екстремна способност за растегнување, неговата привлечност е зголемена за различни апликации.
***
{Можете да го прочитате оригиналниот истражувачки труд со кликнување на врската DOI дадена подолу во списокот со цитирани извори}
Извор (и)
Жан, Х и сор. 2019. Biomimetic Carbon Tube Airgel овозможува супер-еластичност и топлинска изолација. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
