Oamenii de știință au proiectat un model inspirat din natură carbon material termoizolant cu aerogel din tub, bazat pe microstructura părului de urs polar. Acest izolator termic ușor, foarte elastic și mai eficient deschide noi căi pentru izolarea clădirilor eficientă din punct de vedere energetic
Urs polar părul ajută animalul să prevină pierderile de căldură în condiții climatice reci și umede în cercul arctic frig. Părul de urs polar este în mod natural gol, spre deosebire de părul uman sau de altul mamifere. Fiecare șuviță de păr are un miez lung, cilindric care trece prin centru. Această formă și distanța dintre cavități conferă părului de urs polar blana albă distinctă. Aceste cavități au o multitudine de proprietăți, cum ar fi reținerea excepțională a căldurii, rezistența la apă, elasticitatea etc., ceea ce le face un material foarte bun izolator termic. Centrele goale limitează mișcarea căldurii, în timp ce din punct de vedere al designului, fiecare șuviță este extrem de ușoară. De asemenea, natura neumezibilă a părului de urs polar menține animalul cald atunci când înoată la temperaturi sub zero și, de asemenea, în condiții umede. Părul de urs polar este, prin urmare, un model foarte bun pentru proiectarea materialelor sintetice care pot oferi o izolație eficientă de căldură, așa cum o face părul de urs polar în mod natural.
Într-un nou studiu publicat pe 6 iunie în Chem, oamenii de știință au dezvoltat un nou izolator inspirându-se din și mimând microstructura firelor individuale de păr de urs polar și, prin urmare, dobândind toate proprietățile sale unice. Ei au fabricat milioane de tuburi de carbon scobite super-elastice, ușoare, fiecare de dimensiunea unei singure șuvițe de păr și le-au înfășurat într-un bloc de aerogel. Procesul de proiectare a început cu fabricarea hidrogelului de cablu din nanofire de telur (Te) ca șablon care a fost acoperit cu o carcasă de carbon. Apoi au fabricat un aerogel cu tub de carbon (CTA) din acest hidrogel, mai întâi uscandu-l și apoi calcinându-l într-o atmosferă inertă de argon la 900 ° C pentru a îndepărta nanofirele de Te. Acest design unic face ca CTA să fie un izolator termic excelent și, de asemenea, de natură super-elastică, deoarece revine la viteza de 1434 mm/s. Acesta este cel mai rapid în comparație cu toate materialele elastice convenționale. Autorii subliniază că este chiar mai elastic decât părul de urs polar.
Datorită structurii tubulare a tuburilor de carbon, materialul prezintă o conductivitate termică excelentă, care este mai mică decât cea a aerului uscat, deoarece diametrul interior al materialului este mai mic decât al căii libere a aerului. Materialul a arătat longevitate prin menținerea conductivității termice după ce a fost păstrat timp de 3 luni la temperatura camerei cu 56% umiditate relativă. CTA este usor cu o densitate de 8 kg/m3; mai ușor decât majoritatea materialelor termoizolante disponibile. Nu este afectat de apă deoarece nu este umezibil. De asemenea, structura mecanică a CTA este menținută chiar și după numeroase cicluri de eliberare a compresei la diferite tulpini.
Studiul actual descrie un nou aerogel cu tub de carbon – inspirat din designul tubului gol al părului de urs polar – care acționează ca un excelent izolator termic. În comparație cu alte materiale de izolare cu aerogel disponibile, acest design cu tub tubular inspirat de urs polar este ușor, mai rezistent la fluxul de căldură, rezistent la apă și nu se degradează pe toată durata de viață.
Sistemele de izolare termică îmbunătățite și mai eficiente sunt promițătoare pentru conservarea consumului de energie primară. Energie este acum insuficientă în timp ce energie costurile cresc. Una dintre modalitățile de conservare a energiei este îmbunătățirea izolației termice de clădiri. Aerogelurile sunt deja promițătoare pentru o mare varietate de astfel de aplicații. Acest studiu deschide căi pentru a proiecta material de înaltă performanță, care este ușor, super-elastic și izolator termic pentru aplicații în clădiri, industria aerospațială, în special în medii extreme. Datorită capacității sale extreme de întindere, atractivitatea sa este îmbunătățită pentru diverse aplicații.
***
{Puteți citi lucrarea originală de cercetare făcând clic pe linkul DOI de mai jos în lista surselor citate}
Sursa (s)
Zhan, H şi colab. 2019. Aerogelul cu tub de carbon biomimetic permite super-elasticitate și izolație termică. Chim. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
