Vísindamenn hafa hannað innblásna náttúru kolefni varmaeinangrunarefni fyrir túpuloftgel byggt á örbyggingu ísbjarnarhárs. Þessi létti, mjög teygjanlegri og skilvirkari hitaeinangrari opnar nýjar leiðir fyrir orkusparandi byggingareinangrun
Ísbjörn hár hjálpar dýrinu að koma í veg fyrir hitatap í köldu og röku loftslagi í kalda heimskautsbaugnum. Ísbjarnarhár er náttúrulega holur ólíkt mannshári eða öðru spendýr. Hver hárstrengur hefur langan, sívalan kjarna sem liggur í gegnum miðjuna. Það er þessi lögun og bil holanna sem gefur ísbjarnarhári hinn sérstaka hvíta feld. Þessi holrúm hafa marga eiginleika eins og framúrskarandi hitaþol, vatnsþol, mýkt osfrv. sem gerir þau að mjög góðu varmaeinangrunarefni. Holu miðstöðvarnar takmarka hreyfingu hita á meðan hönnunarlega séð gerir hverja streng afar léttan. Einnig heldur óvætanlegt eðli ísbjarnarhára dýrinu heitu þegar það syndi við frostmark og einnig við rakar aðstæður. Ísbjarnarhár er því mjög góð fyrirmynd til að hanna gerviefni sem geta veitt skilvirka einangrun frá hita rétt eins og ísbjarnarhár gerir það náttúrulega.
Í nýrri rannsókn sem birt var 6. júní í Chem, hafa vísindamenn þróað nýjan einangrunarbúnað sem tekur innblástur frá og líkir eftir örbyggingu einstakra ísbjarnarhára og öðlast þar með alla einstaka eiginleika þess. Þeir framleiddu milljónir ofurteygjanlegra, léttra útholna kolefnisröra, hver um sig á stærð við stakan hárstreng og spóluðu þær í loftgelkububb. Hönnunarferlið byrjaði fyrst á því að búa til kaðalhýdrógel úr tellúr (Te) nanóvírum sem sniðmát sem var húðað með kolefnisskel. Síðan framleiddu þeir kolefnisrör loftgel (CTA) úr þessu vatnsgeli með því að þurrka það fyrst og brenna það næst í argon óvirku andrúmslofti við 900 °C til að fjarlægja Ten nanóvíra. Þessi einstaka hönnun gerir CTA að framúrskarandi hitaeinangrunarefni og einnig ofurteygjanlegt í eðli sínu þar sem það snýr aftur á hraðanum 1434 mm/s. Þetta er það hraðasta frá upphafi miðað við öll hefðbundin teygjanleg efni. Höfundar benda á að það sé jafnvel teygjanlegra en ísbjarnarhár.
Vegna holrar uppbyggingar kolefnisröra sýnir efnið frábæra hitaleiðni sem er lægri en þurrt lofts vegna þess að innra þvermál efnisins er minna en laus loftleiðni. Efnið sýndi langlífi með því að viðhalda hitaleiðni sinni eftir að hafa verið geymt í 3 mánuði við stofuhita með 56% raka. CTA er léttur með þéttleika upp á 8 kg/m3; léttari en meirihluti tiltækra hitaeinangrunarefna. Það verður ekki fyrir áhrifum af vatni þar sem það er ekki bleytanlegt. Einnig er vélrænni uppbygging CTA viðhaldið jafnvel eftir fjölmargar þjöppunarlosunarlotur við mismunandi stofna.
Núverandi rannsókn lýsir nýrri kolefnisröraloftgeli – innblásið af holri rörhönnun ísbjarnahárs – sem virkar sem framúrskarandi hitaeinangrunarefni. Í samanburði við önnur einangrunarefni fyrir loftgel sem eru fáanleg, er þessi hola rörhönnun sem er innblásin af ísbjarna létt í þyngd, þolir betur hitaflæði, vatnsheldur og brotnar ekki niður á líftíma sínum.
Bætt og skilvirkara varmaeinangrunarkerfi lofar góðu um að spara frumorkunotkun. Orka er nú af skornum skammti á meðan orka kostnaður er að aukast. Ein af leiðunum til að spara orku er að bæta varmaeinangrun byggingar. Aerogels eru nú þegar að sýna mikil fyrirheit um fjölbreytt úrval slíkra forrita. Þessi rannsókn opnar leiðir til að hanna afkastamikið efni sem er létt, ofurteygjanlegt og hitaeinangrandi fyrir notkun í byggingum, geimferðaiðnaði, sérstaklega í erfiðu umhverfi. Vegna mikillar teygjugetu er aðdráttarafl þess aukin fyrir ýmis forrit.
***
{Þú getur lesið upprunalegu rannsóknarritgerðina með því að smella á DOI hlekkinn sem gefinn er upp hér að neðan á listanum yfir tilvitnaðar heimildir}
Heimildir)
Zhan, H o.fl. 2019. Biomimetic Carbon Tube Airgel gerir ofurteygjanleika og hitaeinangrun. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
