Fra kontorvinduer til Mars:Forskere debuterer med superisolerende gel

En ny, superisolerende gel udviklet af forskere ved CU Boulder kunne dramatisk øge energieffektiviteten af ​​skyskrabere og andre bygninger, og måske en dag hjælpe videnskabsmænd med at bygge drivhuslignende levesteder for kolonister på Mars.

"Airgel, " som ligner en fladtrykt plastikkontaktlinse, er så modstandsdygtig over for varme, at du kan lægge en strimmel af den på hånden og en ild ovenpå uden at mærke noget. Men i modsætning til lignende produkter på markedet, materialet er for det meste gennemsigtigt.

"Gennemsigtighed er en aktiverende funktion, fordi du kan bruge denne gel i vinduer, og du kunne bruge det i udenjordiske levesteder, " sagde Ivan Smalyukh, en professor ved Institut for Fysik. "Du kunne høste sollys gennem det termisk isolerende materiale og gemme energien indeni, beskytte dig selv mod de store temperatursvingninger, du har på Mars eller på månen."

Gruppens gel er også billigere at producere, fordi den kommer fra en ydmyg begyndelse:ølaffald.

Aerogel er mindst 90 procent gas efter vægt, Smalyukh forklarede, men deres definerende træk er luft. Deres tynde film består af krydsende mønstre af fast materiale, der fanger luft inde i milliarder af bittesmå porer, ligner boblerne i bobleplast. Det er den fangstkapacitet, der gør dem til så gode isolatorer.

"Du skaber et meget snoet netværk af disse nanopartikler, der forbinder sig i aerogelen, forhindrer varmen i at gå igennem, " sagde Smalyukh.

Mest tilgængelige aerogeler i øjeblikket, imidlertid, er uigennemsigtige - et stort problem, hvis du vil bruge dem til at belægge vinduer.

For at lave en anden type gel, Smalyukh og hans kolleger begynder med den almindelige plante sukkercellulose. Ved omhyggeligt at kontrollere, hvordan cellulosemolekyler forbinder sig, holdet er i stand til at orientere dem i et gitterlignende mønster. Det mønster er så ensartet, han sagde, at det tillader lys at passere igennem ugeneret, giver gelen sit gennemsigtige udseende.

Forskere kan lave cellulose ved at tilføje specialiserede bakterier til en bred vifte af madaffald. Holdet har kørt til bryggerier på tværs af Boulder-området for at indsamle baljer med ølurt, eller affaldsvæsken, der produceres under brygningsprocessen.

"Så ikke kun genbruger vi og sparer dette værdifulde materiale fra at komme ind på lossepladsen, men vi producerer også dette råmateriale billigt, "sagde Andrew Hess, en ph.d. studerende i fysik på CU Boulder.

Slutproduktet af holdets indsats er et tyndt, fleksibel film, der er omkring 100 gange lettere end glas.

Det kan især være nyttigt for bygninger i USA. Ifølge Energiministeriet, omkring en fjerdedel af den energi, der bruges til at opvarme og afkøle bygninger i USA, går til at kompensere for tabet af varme gennem vinduer, potentielt koster bygningsoperatører milliarder af dollars om året.

"Vi forestiller os et eftermonteringsprodukt, der grundlæggende ville være en skræl-og-klæb-film, som en forbruger ville købe i Home Depot, " sagde Hess.

Smalyukh og hans kolleger har undersøgt partnerskaber med vinduesfremstillingsvirksomheder og tidligere på sommeren, deres projekt blev kåret som en af ​​vinderne af NASAs 2018 iTech -konkurrence. Denne nationale konkurrence søger efter jordbundne teknologier, der en dag kan hjælpe folk med at rejse til rummet.

"Vores tilgang hidtil har været omkring vinduer, " sagde Hess. "Men, vi ser også, at vores teknologi gør det muligt for så mange andre applikationer, inklusive smart tøj, til isolering af biler og beskyttelse af brandmænd."