Znanstvenici su dizajnirali inspiriran prirodom ugljen tube aerogel termoizolacijski materijal temeljen na mikrostrukturi dlake polarnog medvjeda. Ovaj lagani, vrlo elastičan i učinkovitiji toplinski izolator otvara nove puteve za energetski učinkovitu izolaciju zgrada
Polarni medvjed dlaka pomaže životinji da spriječi gubitak topline u hladnim i vlažnim klimatskim uvjetima u hladnom arktičkom krugu. Dlaka polarnog medvjeda je prirodno šuplja za razliku od ljudske ili druge dlake sisavci. Svaki pramen kose ima dugu, cilindričnu jezgru koja prolazi kroz središte. Upravo ovaj oblik i razmak šupljina daje dlaci polarnog medvjeda izrazito bijelu dlaku. Ove šupljine imaju mnoštvo svojstava kao što su izvanredno držanje topline, otpornost na vodu, elastičnost itd. što ih čini vrlo dobrim materijalom toplinske izolacije. Šuplji centri ograničavaju kretanje topline, a dizajnom svaki pramen čini iznimno laganim. Također, priroda dlake polarnog medvjeda koja se ne smoči grije životinju kada pliva na temperaturama ispod nule iu vlažnim uvjetima. Dlaka polarnog medvjeda stoga je vrlo dobar model za dizajniranje sintetičkih materijala koji mogu pružiti učinkovitu izolaciju od topline baš kao što to dlaka polarnog medvjeda čini prirodno.
U novoj studiji objavljenoj 6. lipnja god Chemznanstvenici su razvili novi izolator uzimajući nadahnuće i oponašajući mikrostrukturu pojedinačnih dlaka polarnog medvjeda i time stječući sva njegova jedinstvena svojstva. Izradili su milijune superelastičnih, laganih izdubljenih karbonskih cijevi, svaka veličine jednog pramena kose i umotali ih u blok aerogela. Proces dizajna prvo je započeo izradom kabelskog hidrogela od telurijevih (Te) nanožica kao predloška koji je bio obložen ugljičnom ljuskom. Zatim su od ovog hidrogela izradili aerogel ugljične cijevi (CTA) tako što su ga prvo osušili i zatim kalcinirali u inertnoj atmosferi argona na 900 °C kako bi uklonili Te nanožice. Ovaj jedinstveni dizajn čini CTA izvrsnim toplinskim izolatorom i superelastičnim po prirodi jer se odbija brzinom od 1434 mm/s. Ovo je najbrži ikad u usporedbi sa svim konvencionalnim elastičnim materijalima. Autori ističu da je čak i elastičnija od dlake polarnog medvjeda.
Zbog šuplje strukture karbonskih cijevi, materijal pokazuje izvrsnu toplinsku vodljivost koja je niža od one kod suhog zraka zbog toga što je unutarnji promjer materijala manji od slobodnog puta zraka. Materijal je pokazao dugovječnost održavajući svoju toplinsku vodljivost nakon 3 mjeseca skladištenja na sobnoj temperaturi s 56% relativne vlage. CTA je lagan s gustoćom od 8 kg/m3; lakši od većine dostupnih materijala za toplinsku izolaciju. Na njega ne utječe voda jer se ne kvasi. Također, mehanička struktura CTA-a održava se čak i nakon brojnih ciklusa stiskanja i otpuštanja pri različitim naprezanjima.
Trenutna studija opisuje novi aerogel iz ugljične cijevi – inspiriran dizajnom šuplje cijevi dlake polarnog medvjeda – koji djeluje kao izvrstan toplinski izolator. U usporedbi s drugim dostupnim izolacijskim materijalima od aerogela, ovaj dizajn šuplje cijevi inspiriran polarnim medvjedima lagan je, otporniji na protok topline, vodootporan i ne degradira se tijekom svog vijeka trajanja.
Poboljšani i učinkovitiji sustavi toplinske izolacije obećavaju očuvanje potrošnje primarne energije. energija je sada u nedostatku dok energija troškovi eskaliraju. Jedan od načina uštede energije je poboljšanje toplinske izolacije zgrade. Aerogelovi već pokazuju velika obećanja za široku paletu takvih primjena. Ova studija otvara puteve za dizajn materijala visokih performansi koji je lagan, superelastičan i toplinski izolacijski za primjenu u zgradama, zrakoplovnoj industriji, posebno u ekstremnim okruženjima. Zbog svoje ekstremne sposobnosti rastezanja, njegova privlačnost je poboljšana za različite primjene.
***
{Izvorni istraživački rad možete pročitati klikom na vezu DOI koja se nalazi u nastavku na popisu citiranih izvora}
Izvor (i)
Zhan, H i sur. 2019. Biomimetički aerogel iz ugljične cijevi omogućuje superelastičnost i toplinsku izolaciju. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
