Zinātnieki ir izstrādājuši dabas iedvesmotu ogleklis Caurules aerogela siltumizolācijas materiāls, kura pamatā ir polārlāča matu mikrostruktūra. Šis vieglais, ļoti elastīgais un efektīvākais siltumizolators paver jaunas iespējas energoefektīvai ēku izolācijai
Polārlācis apmatojums palīdz dzīvniekam novērst siltuma zudumus aukstos un mitros klimatiskajos apstākļos aukstajā polārajā lokā. Leduslāča mati ir dabiski dobi atšķirībā no cilvēka matiem vai citiem matiem zīdītāji. Katrai matu šķipsnai ir garš, cilindrisks kodols, kas iet cauri tās centram. Tieši šī dobumu forma un atstatums polārlāča matiem piešķir izteiktu baltu kažoku. Šiem dobumiem ir daudz īpašību, piemēram, izcila siltuma noturība, ūdens izturība, elastība utt., kas padara tos par ļoti labu siltumizolācijas materiālu. Dobie centri ierobežo siltuma kustību, vienlaikus padarot katru šķipsnu īpaši vieglu. Turklāt polārlāču apmatojuma nesamitrinošais raksturs nodrošina dzīvnieka siltumu, kad tie peld zem nulles temperatūras un arī mitros apstākļos. Tādējādi baltā lāča spalva ir ļoti labs modelis sintētisko materiālu projektēšanai, kas var nodrošināt efektīvu siltuma izolāciju, tāpat kā polārlāču spalva to dara dabiski.
Jaunā pētījumā, kas publicēts 6. jūnijā Chem, zinātnieki ir izstrādājuši jaunu izolatoru, kas smeļas iedvesmu un atdarina atsevišķu leduslāču matiņu mikrostruktūru un tādējādi iegūst visas tā unikālās īpašības. Viņi izgatavoja miljoniem īpaši elastīgu, vieglu, dobu oglekļa cauruļu, katra vienas matu šķipsnas lielumā, un satīja tās aerogela blokā. Projektēšanas process vispirms sākās ar kabeļa hidrogēla izgatavošanu no telūra (Te) nanovadiem kā veidnes, kas tika pārklāta ar oglekļa apvalku. Pēc tam viņi no šī hidrogēla izgatavoja oglekļa caurules aerogelu (CTA), vispirms to žāvējot un pēc tam kalcinējot argona inertā atmosfērā 900 ° C temperatūrā, lai noņemtu Te nanovadus. Šis unikālais dizains padara CTA par izcilu siltumizolatoru un arī īpaši elastīgu, jo tas atsitiena ar ātrumu 1434 mm/s. Tas ir ātrākais jebkad salīdzinājumā ar visiem parastajiem elastīgajiem materiāliem. Autori norāda, ka tas ir pat elastīgāks par polārlāča matiem.
Pateicoties oglekļa cauruļu dobajai struktūrai, materiālam ir lieliska siltumvadītspēja, kas ir zemāka nekā sausam gaisam, jo materiāla iekšējais diametrs ir mazāks nekā brīvā gaisa ceļa diametrs. Materiāls uzrādīja ilgmūžību, saglabājot siltumvadītspēju pēc 3 mēnešu uzglabāšanas istabas temperatūrā ar 56% relatīvo mitrumu. CTA ir viegls ar blīvumu 8 kg/m3; vieglāks nekā vairums pieejamo siltumizolācijas materiālu. Ūdens to neietekmē, jo tas nav mitrināms. Turklāt CTA mehāniskā struktūra tiek saglabāta pat pēc daudziem saspiešanas un atbrīvošanas cikliem pie dažādiem celmiem.
Pašreizējā pētījumā ir aprakstīts jauns oglekļa caurules aerogels, kas ir iedvesmots no leduslāča matu dobās caurules dizaina, kas darbojas kā lielisks siltumizolators. Salīdzinot ar citiem pieejamajiem aerogela izolācijas materiāliem, šis polārlāča iedvesmots dobās caurules dizains ir viegls, izturīgāks pret karstuma plūsmu, ūdensizturīgs un nesabojājas tā kalpošanas laikā.
Uzlabotas un efektīvākas siltumizolācijas sistēmas sola ietaupīt primārās enerģijas patēriņu. enerģija tagad ir deficīts, kamēr enerģija izmaksas pieaug. Viens no enerģijas taupīšanas veidiem ir uzlabot siltumizolāciju ēkas. Aerogēli jau demonstrē lielus solījumus dažādiem šādiem lietojumiem. Šis pētījums paver iespējas izstrādāt augstas veiktspējas materiālu, kas ir viegls, īpaši elastīgs un siltumizolējošs izmantošanai ēkās, kosmosa rūpniecībā, īpaši ekstremālos apstākļos. Pateicoties tā ārkārtējai stiepes spējai, tā pievilcība ir uzlabota dažādiem lietojumiem.
***
{Jūs varat izlasīt oriģinālo pētījumu, noklikšķinot uz DOI saites, kas norādīta tālāk citēto avotu sarakstā}
Avots (-i)
Zhan, H et al. 2019. Biomimētiskais oglekļa caurules aerogels nodrošina īpaši elastīgu un siltumizolāciju. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
