Scientists have designed a nature-inspired kolefni 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
Ísbjörn 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 spendýr. 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.
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.
Improved and more efficient thermal insulation systems hold promise for conserving primary energy consumption. Orka is now in short supply while orka costs are escalating. One of the ways to conserve energy is to improve thermal insulation of 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
