Scientists have designed a nature-inspired كربون 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
الدب القطبي 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 الثدييات. 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.
في دراسة جديدة نُشرت في 6 يونيو في كيمياء، طور العلماء عازلًا جديدًا يستلهم من ويحاكي البنية الدقيقة لشعر الدب القطبي الفردي ، وبالتالي يكتسبون جميع خصائصه الفريدة. لقد صنعوا الملايين من أنابيب الكربون فائقة المرونة وخفيفة الوزن المجوفة ، كل منها بحجم خصلة شعر واحدة ولفوها في كتلة هوائية. بدأت عملية التصميم أولاً بصنع هيدروجيل الكابلات من أسلاك تيلوريوم (تي) النانوية كقالب مغطى بقشرة كربونية. ثم قاموا بتصنيع الهلام الهوائي لأنبوب الكربون (CTA) من هذا الهيدروجيل عن طريق تجفيفه أولاً ثم تحميصه في جو خامل من الأرجون عند 900 درجة مئوية لإزالة الأسلاك النانوية. هذا التصميم الفريد يجعل CTA عازلًا حراريًا ممتازًا وأيضًا فائق المرونة بطبيعته حيث يرتد بسرعة 1434 مم / ثانية. هذا هو الأسرع على الإطلاق مقارنة بجميع المواد المرنة التقليدية. يشير المؤلفون إلى أنه أكثر مرونة من شعر الدب القطبي.
نظرًا للهيكل المجوف لأنابيب الكربون ، تُظهر المادة موصلية حرارية ممتازة والتي تكون أقل من تلك الموجودة في الهواء الجاف نظرًا لأن القطر الداخلي للمادة أقل من مسار الهواء الحر. أظهرت المادة طول العمر من خلال الحفاظ على الموصلية الحرارية بعد تخزينها لمدة 3 أشهر في درجة حرارة الغرفة مع رطوبة نسبية 56٪. إن CTA خفيف الوزن بكثافة 8 كجم / م 3 ؛ أخف من غالبية مواد العازل الحراري المتاحة. لا يتأثر بالماء لأنه غير قابل للبلل. أيضًا ، يتم الحفاظ على الهيكل الميكانيكي لـ CTA حتى بعد العديد من دورات تحرير الضغط في سلالات مختلفة.
تصف الدراسة الحالية أنبوبة كربون جديدة للهواء - مستوحاة من تصميم الأنبوب المجوف لشعر الدب القطبي - والتي تعمل كعازل حراري ممتاز. بالمقارنة مع المواد العازلة الأخرى المتاحة ، فإن تصميم الأنبوب المجوف المستوحى من الدب القطبي خفيف الوزن ، وأكثر مقاومة لتدفق الحرارة ، ومقاوم للماء ولا يتحلل على مدار حياته.
Improved and more efficient thermal insulation systems hold promise for conserving primary energy consumption. الطاقة is now in short supply while طاقة costs are escalating. One of the ways to conserve energy is to improve thermal insulation of البنايات. تُظهر Aerogels بالفعل وعدًا كبيرًا لمجموعة متنوعة من هذه التطبيقات. تفتح هذه الدراسة طرقًا لتصميم مواد عالية الأداء وهي خفيفة الوزن ومرنة للغاية وعازلة حرارياً للتطبيقات في المباني وصناعة الطيران خاصة في البيئات القاسية. نظرًا لقدرته الشديدة على التمدد ، يتم تعزيز جاذبيته لمختلف التطبيقات.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
زان ، إتش وآخرون. 2019. Airgel أنبوب الكربون المحاكي الحيوي يتيح مرونة فائقة وعزل حراري. علم. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
