Et isbjørn-inspireret materiale til varmeisolering

For isbjørne, isoleringen fra deres fedt, hud, og pels er et spørgsmål om overlevelse i det frigide Arktis. For ingeniører, isbjørnehår er en drømmeskabelon til syntetiske materialer, der kan låse varmen lige så godt som den naturlige version. Nu, materialeforskere i Kina har udviklet en sådan isolator, reproducerer strukturen af ​​individuelle isbjørnehår, mens den skaleres mod et materiale, der er sammensat af mange hår til virkelige applikationer i arkitektur- og rumfartssektoren. Deres arbejde vises 6. juni i tidsskriftet Chem .

"Isbjørnens hår er evolutionært optimeret til at forhindre varmetab under kolde og fugtige forhold, hvilket gør den til en glimrende model til en syntetisk varmeisolator, "siger co-seniorforfatter Shu-Hong Yu, en professor i kemi ved University of Science and Technology of China (USTC). "Ved at lave røraerogel ud af kulstofrør, vi kan designe et analogt elastisk og let materiale, der fanger varmen uden at nedbrydes mærkbart i løbet af dets levetid."

I modsætning til hårene på mennesker eller andre pattedyr, isbjørnehårene er hule. Zoomet ind under et mikroskop, hver har en lang, cylindrisk kerne udstanset lige gennem midten. Formerne og afstanden mellem disse hulrum har længe været kendt for at være ansvarlige for deres karakteristiske hvide frakker. Men de er også kilden til bemærkelsesværdig varmeholdende kapacitet, vandafvisende, og strækbarhed, alle ønskelige egenskaber at efterligne i en termisk isolator.

"De hule centre begrænser bevægelsen af ​​varme og gør også de enkelte hår lette, som er en af ​​de mest fremragende fordele inden for materialevidenskab, "siger Jian-Wei Liu, en lektor ved USTC. For at efterligne denne struktur og skalere den til en praktisk størrelse, forskergruppen-derudover ledet af Yong Ni, en maskiningeniørprofessor ved USTC - fremstillede millioner af udhulede kulstofrør, hver svarer til en enkelt hårstreng, og viklet dem til en spaghetti-lignende aerogelblok.

Sammenlignet med andre aerogeler og isoleringskomponenter, de fandt ud af, at det isbjørn-inspirerede hulrørsdesign var lettere i vægt og mere modstandsdygtigt over for varmestrøm. Den blev heller ikke påvirket af vand - en praktisk funktion både til at holde isbjørne varme, mens de svømmer, og til at opretholde isoleringsevnen under fugtige forhold. Som en bonus, det nye materiale var ekstraordinært elastisk, endnu mere end selve hårene, yderligere at øge dets tekniske anvendelighed.

Opskalering af fremstillingsprocessen for at bygge isolatorer på målerskalaen frem for den centimeter vil være den næste udfordring for forskerne, da de sigter mod relevante industrielle anvendelser. "Selvom vores carbon-rør materiale ikke let kan masseproduceres i øjeblikket, vi forventer at overvinde disse størrelsesbegrænsninger, når vi arbejder hen imod ekstreme rumfartsapplikationer, "siger Yu.