Навукоўцы спраектавалі натхнёны прыродай вуглярод цеплаізаляцыйны матэрыял з трубчастага аэрогеля, заснаваны на мікраструктуры валасоў белага мядзведзя. Гэты лёгкі, вельмі эластычны і больш эфектыўны цеплаізалятар адкрывае новыя магчымасці для энергаэфектыўнай ізаляцыі будынкаў
Белы мядзведзь поўсць дапамагае жывёле прадухіляць страту цяпла ў халодных і вільготных кліматычных умовах у халодным палярным крузе. Валасы белага мядзведзя натуральныя полыя, у адрозненне ад чалавечых і іншых валасоў млекакормячых. Кожная пасма валасоў мае доўгі цыліндрычны стрыжань, які праходзіць праз яго цэнтр. Менавіта такая форма і адлегласць паміж паражнінамі надае поўсці белага мядзведзя выразную белую поўсць. Гэтыя паражніны валодаюць мноствам уласцівасцей, такіх як выключная цеплаўстойлівасць, воданепранікальнасць, эластычнасць і г.д., што робіць іх вельмі добрым цеплаізаляцыйным матэрыялам. Полыя цэнтры абмяжоўваюць перамяшчэнне цяпла, а з пункту гледжання дызайну робяць кожную пасму надзвычай лёгкай. Акрамя таго, поўсць белага мядзведзя не змочваецца, таму яна сагравае жывёлу, калі яна плавае пры мінусовай тэмпературы, а таксама ў вільготных умовах. Такім чынам, поўсць белага мядзведзя з'яўляецца вельмі добрай мадэллю для распрацоўкі сінтэтычных матэрыялаў, якія могуць забяспечыць эфектыўную ізаляцыю ад цяпла гэтак жа, як поўсць белага мядзведзя робіць гэта натуральным чынам.
У новым даследаванні, апублікаваным 6 чэрвеня ст Chem, навукоўцы распрацавалі новы ізалятар, чэрпаючы натхненне і імітуючы мікраструктуру асобных валасоў палярнага мядзведзя і, такім чынам, набываючы ўсе яго унікальныя ўласцівасці. Яны вырабілі мільёны звышэластычных лёгкіх вугляродзістых трубак, кожная памерам з адну пасму валасоў, і згарнулі іх у блок аэрогеля. Працэс праектавання ўпершыню пачаўся з вырабу гідрагеля кабеля з нанадротак тэлура (Te) у якасці шаблону, які быў пакрыты вугляроднай абалонкай. Затым яны вырабілі аэрагель з вугляродзістай трубкі (CTA) з гэтага гідрагеля, спачатку высушыўшы яго, а затым абпалілі ў інэртнай атмасферы аргону пры тэмпературы 900 °C, каб выдаліць нанадроты Te. Гэты унікальны дызайн робіць CTA выдатным цеплаізалятарам, а таксама суперэластычным па сваёй прыродзе, так як ён адскоквае са хуткасцю 1434 мм/с. Гэта самы хуткі ў параўнанні з усімі звычайнымі эластычнымі матэрыяламі. Аўтары адзначаюць, што ён нават больш эластычны, чым поўсць белага мядзведзя.
З-за полай структуры вугляродных трубак матэрыял дэманструе выдатную цеплаправоднасць, якая ніжэй, чым у сухога паветра, з-за ўнутранага дыяметра матэрыялу менш, чым вольнага праходу паветра. Матэрыял прадэманстраваў даўгавечнасць, захоўваючы сваю цеплаправоднасць пасля захоўвання на працягу 3 месяцаў пры пакаёвай тэмпературы з адноснай вільготнасцю 56%. CTA лёгкі з шчыльнасцю 8 кг/м3; лягчэй, чым большасць даступных цеплаізаляцыйных матэрыялаў. Вада не падвяргаецца ўздзеянню, бо не змочваецца. Акрамя таго, механічная структура CTA захоўваецца нават пасля шматлікіх цыклаў сціску-адпускання пры розных дэфармацыях.
Цяперашняе даследаванне апісвае новы аэрагель з вугляродзістай трубкі - натхнёны дызайнам полых трубак белага мядзведзя - які дзейнічае як выдатны цеплаізалятар. У параўнанні з іншымі даступнымі ізаляцыйнымі матэрыяламі з аэрогеля, гэтая канструкцыя з полай трубкай, натхнёная белым мядзведзям, мае лёгкі вага, больш устойлівы да цеплавога патоку, воданепранікальны і не дэградуе на працягу ўсяго тэрміну службы.
Палепшаныя і больш эфектыўныя сістэмы цеплаізаляцыі перспектыўныя для эканоміі спажывання першаснай энергіі. энергія пакуль што ў дэфіцыце энергія выдаткі растуць. Адным са спосабаў энергазберажэння з'яўляецца паляпшэнне цеплаізаляцыі будынкаў. Аэрагелі ўжо паказваюць вялікія перспектывы для шырокага спектру такіх ужыванняў. Гэта даследаванне адкрывае магчымасці для распрацоўкі матэрыялу высокай прадукцыйнасці, які з'яўляецца лёгкім, звышэластычным і цеплаізаляцыйным для прымянення ў будынках, аэракасмічнай прамысловасці, асабліва ў экстрэмальных умовах. Дзякуючы сваёй надзвычайнай здольнасці да расцяжэння, яго прывабнасць павышаецца для розных ужыванняў.
***
{Вы можаце прачытаць арыгінальную даследчую працу, націснуўшы на спасылку DOI, прыведзены ніжэй у спісе цытуемых крыніц}
Крыніца (я)
Zhan, H і інш. 2019. Біяміметычны аэрагель з вугляродзістай трубкі забяспечвае звышэластычнасць і цеплаізаляцыю. хім. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
