A tudósok egy természet által ihletett modellt terveztek szén tubus aerogél hőszigetelő anyag, amely a jegesmedve szőrének mikrostruktúráján alapul. Ez a könnyű, rendkívül rugalmas és hatékonyabb hőszigetelő új utakat nyit az energiahatékony épületszigetelésben
Jegesmedve a szőr segít az állatnak megakadályozni a hőveszteséget hideg és párás éghajlati viszonyok között a rideg sarkkörben. A jegesmedve szőrzete természetesen üreges, ellentétben az emberi hajjal vagy másokkal emlősök. Mindegyik hajszál közepén egy hosszú, hengeres mag fut át. Ez az alak és az üregek távolsága adja a jegesmedve szőrének a fehér szőrzetet. Ezeknek az üregeknek számos olyan tulajdonsága van, mint a kivételes hőtartás, vízállóság, rugalmasság stb., ami nagyon jó hőszigetelő anyaggá teszi őket. Az üreges központok korlátozzák a hő mozgását, miközben tervezési szempontból minden szálat rendkívül könnyűvé tesznek. Ezenkívül a jegesmedvék szőrének nem nedvesíthető természete melegen tartja az állatot, amikor 0 m alatti hőmérsékleten és párás körülmények között úszik. A jegesmedve szőr tehát nagyon jó modell szintetikus anyagok tervezésére, amelyek hatékony hőszigetelést biztosítanak, akárcsak a jegesmedvék szőrét.
Egy új tanulmányban, amelyet június 6-én tettek közzé Chem, a tudósok kifejlesztettek egy új szigetelőt, amely az egyes jegesmedve szőrszálak mikroszerkezetéből merít ihletet és utánozza annak minden egyedi tulajdonságát. Milliónyi szuperelasztikus, könnyű, vájt széncsövet készítettek, mindegyik egy hajszál méretű, és ezeket egy aerogél blokkba tekerték. A tervezési folyamat először azzal kezdődött, hogy tellúr (Te) nanohuzalokból kábel-hidrogélt készítettek sablonként, amelyet szénhéjjal vontak be. Ezután ebből a hidrogélből széncsöves aerogélt (CTA) készítettek úgy, hogy először megszárították, majd inert argon atmoszférában 900 °C-on kalcinálták, hogy eltávolítsák a Te nanoszálakat. Ez az egyedi kialakítás a CTA-t kiváló hőszigetelővé és szuperrugalmassá teszi, mivel 1434 mm/s sebességgel visszapattan. Ez a valaha volt leggyorsabb az összes hagyományos elasztikus anyaghoz képest. A szerzők rámutatnak, hogy még a jegesmedve szőrénél is rugalmasabb.
A széncsövek üreges szerkezetének köszönhetően az anyag kiváló hővezető képességgel rendelkezik, amely alacsonyabb, mint a száraz levegőé, mivel az anyag belső átmérője kisebb, mint a levegő szabad útja. Az anyag hosszú élettartamot mutatott azáltal, hogy megtartotta hővezető képességét, miután 3 hónapig szobahőmérsékleten, 56% relatív páratartalom mellett tárolták. A CTA könnyű, 8 kg/m3 sűrűségű; könnyebb, mint a legtöbb rendelkezésre álló hőszigetelő anyag. A víz nem érinti, mivel nem nedvesíthető. Ezenkívül a CTA mechanikai szerkezete megmarad még számos tömörítési-kioldási ciklus után is, különböző törzseknél.
A jelenlegi tanulmány egy új széncsöves aerogélt ír le – amelyet a jegesmedve szőrének üreges csőkialakítása inspirált –, amely kiváló hőszigetelőként működik. A többi rendelkezésre álló aerogél szigetelőanyaghoz képest ez a jegesmedve ihlette üreges cső kialakítás könnyű, jobban ellenáll a hőáramlásnak, vízálló és nem romlik el élettartama során.
A továbbfejlesztett és hatékonyabb hőszigetelő rendszerek ígéretet tesznek a primerenergia-fogyasztás megtakarítására. Energia jelenleg hiánycikk energia a költségek emelkednek. Az energiamegtakarítás egyik módja a hőszigetelés javítása Intézmények, irodák, kereskedelmi es ipari ingatlanok. Az aerogélek már most is nagy ígéretet mutatnak az ilyen alkalmazások széles körében. Ez a tanulmány utat nyit a nagy teljesítményű, könnyű, szuperelasztikus és hőszigetelő anyagok tervezésére, épületekben és repülőgépiparban, különösen extrém környezetben történő alkalmazásokhoz. Rendkívüli nyúlási képességének köszönhetően vonzóbbá válik a különféle alkalmazásokhoz.
***
{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}
Forrás (ok)
Zhan, H és mtsai. 2019. A biomimetikus széncső légzselé szuperrugalmasságot és hőszigetelést tesz lehetővé. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
