Imitują izolację termiczną niedźwiedzia polarnego za pomocą aerożelu

Chińskim naukowcom udało się przezwyciężyć kruchość i słabą przetwarzalność aerożelu, który jest idealnym materiałem do izolacji termicznej, osiągając… Imitujące właściwości skóry niedźwiedzia polarnego do stosowania w tekstyliach z włóknami syntetycznymi.

W Badanie, które ukazało się w Naukiautorzy opisują krok po kroku proces, który przeprowadzili, aby wiernie naśladować właściwości skóry niedźwiedzia polarnego za pomocą aerożelu i uzyskać syntetyczne włókna, które izolują przed zimnem z niespotykaną dotąd skutecznością.

„Pokonaliśmy te problemy” – zauważają – „powstając z włókien aerożelu w elastycznej warstwie, naśladującej rdzeń struktury kory włosa niedźwiedzia polarnego”.

Włókno można prać, farbować, są trwałe i nadają się do stosowania w zaawansowanych tekstyliach. Umożliwiło to badaczom ich przetestowanie Kurtka wykazała się imponującą izolacją termicznąwśród innych funkcji.

Aerożele są idealnym materiałem do izolacji termicznej. Wykazują dużą porowatość i wyjątkowo niską przewodność cieplną. Jednakże zastosowanie aerożeli w tekstylnych włóknach izolacyjnych jest ograniczone ze względu na ich kruchość i słabą przetwarzalność.

Nie tylko brakuje im wytrzymałości i elastyczności potrzebnej do wplecenia w praktyczne tekstylia, ale obecnych włókien aerożelu nie można prać w pralce i szybko tracą swoje właściwości termoizolacyjne w wilgotnym środowisku.

Włosy niedźwiedzia polarnego

Wiele zwierząt żyjących w ekstremalnie zimnych środowiskach wykształciło futro, które zapewnia im ciepło i suchość. Na przykład sierść niedźwiedzia polarnego składa się z porowatego rdzenia otoczonego gęstą strukturą muszli. w wyniku, Włosie zapewnia doskonałą izolację termiczną, zachowując jednocześnie wytrzymałość i elastyczność.

Zespół opisuje, że sierść niedźwiedzia polarnego ma porowaty rdzeń i gęstą strukturę korową, która zapobiega utracie ciepła. Te właściwości strukturalne wyszczególniają i podkreślają funkcję izolacji termicznej i wytrzymałość mechaniczną runa, co posłużyło za inspirację do projektowania i wytwarzania włókien syntetycznych.

Dzięki licznym porom o wielkości do kilkudziesięciu mikrometrów futro niedźwiedzia polarnego wychwytuje dużą ilość statycznego powietrza, skutecznie tłumiąc zarówno przewodzenie ciepła, jak i naśladownictwo.

Wyrównane porowate ściany – podkreślone w badaniu – znacznie zmniejszają liczbę ścieżek przewodzenia ciepła i zapewniają efekt wieloodbicia dla silnego odbicia podczerwieni, co zapewnia skuteczną izolację termiczną.

Gęsta warstwa chroni i tworzy porowate rdzenie Włosy są wodoodporne i niewrażliwe na wilgotne powietrzeSą to główne przyczyny utraty właściwości termoizolacyjnych typowych materiałów aerożelowych.

Naśladując rdzeń kory włosa niedźwiedzia polarnego, Mingrui Wu i jego zespół Do wytworzenia mocnych polimerowych włókien aerożelowych z porami lamelarnymi wykorzystano metodę przędzenia przez zamrażanie.

Następnie pokryli go cienką warstwą elastycznej gumy. Powstałe kapsułkowane włókno aerożelowe (EAF) osiąga doskonałe właściwości termoizolacyjne, a jednocześnie jest wytrzymałe mechanicznie, dzięki czemu nadaje się do tekstyliów.

Cienka kurtka z włókna, dowód koncepcji

Pomimo wysokiej porowatości wewnętrznej (ponad 90%) badacze to udowodnili Włókna można rozciągać do 1000% napięcia; Znacząca poprawa w stosunku do tradycyjnych włókien aerożelowych, które osiągają jedynie około 2% napięcia.

Włókna zachowały swoje właściwości termoizolacyjne przy minimalnym uderzeniu nawet po 10 000 powtarzanych cyklów rozciągania przy 100% napięciu. Co więcej, autorzy tej pracy dają o sobie znać EAF można prać i farbować.

Jako dowód koncepcji zrobili na drutach cienką kurtkę wykonaną z włókna, które chociaż ma tylko około jednej piątej grubości kurtki puchowej, zapewnia podobne właściwości izolacyjne.

Jak wyjaśnili w swoim badaniu, przy warstwie laminowanej o grubości zaledwie około 80 mm, Naprężenie rozciągające pokrytych włókien aerożelu wzrosło znacznie ponad 500 razyW porównaniu do tradycyjnych włókien aerożelowych.

Jego zdaniem tekstylia te zapewniają „doskonałą i wielofunkcyjną izolację Duży potencjał w zakresie produkcji mundurów wojskowych i skafandrów kosmicznych do stosowania w ekstremalnie zimnych środowiskach. „Nasze badania podkreślają inną strategię bioprojektowania wielofunkcyjnych włókien i tekstyliów, która jest niezbędna w różnych nowych zastosowaniach, takich jak elektronika do noszenia i osobiste zarządzanie ciepłem”.