Teadlased on loonud loodusest inspireeritud süsinik toruga aerogeelist soojusisolatsioonimaterjal, mis põhineb jääkarude karva mikrostruktuuril. See kerge, väga elastne ja tõhusam soojusisolaator avab uued võimalused hoonete energiatõhusaks isolatsiooniks
Jääkaru karv aitab loomal vältida soojakadu külmas ja niiskes kliimatingimustes külmas polaarjoones. Jääkaru juuksed on erinevalt inimese juustest või muust loomulikult õõnsad imetajad. Igal juukseharul on pikk, silindriline südamik, mis jookseb läbi selle keskpunkti. Just selline kuju ja õõnsuste vahe annab jääkaru karvadele selgelt eristuva valge karva. Nendel õõnsustel on palju omadusi, nagu erakordne soojapidavus, veekindlus, elastsus jne, mis teeb neist väga hea soojusisolatsioonimaterjali. Õõnsad keskused piiravad kuumuse liikumist, muutes samas disaini järgi iga kiud äärmiselt kergeks. Samuti hoiab jääkaru karvade mittemärgutav olemus looma soojas, kui ta ujub miinuskraadides ja ka niisketes tingimustes. Jääkarukarvad on seega väga hea mudel sünteetiliste materjalide kujundamiseks, mis suudavad tõhusalt soojust isoleerida just nagu jääkarukarvad seda loomulikult teevad.
Uues uuringus, mis avaldati 6. juunil aastal Chem, on teadlased välja töötanud uudse isolaatori, mis ammutab inspiratsiooni ja jäljendab üksikute jääkarude karvade mikrostruktuuri ning omandab seega kõik selle ainulaadsed omadused. Nad valmistasid miljoneid ülielastseid, kergeid õõnestatud süsiniktorusid, millest igaüks oli ühe juukseharu suurus, ja keris need aerogeeliplokiks. Disainiprotsess algas kõigepealt telluuri (Te) nanojuhtmetest kaabli hüdrogeeli valmistamisega mallina, mis kaeti süsinikkestaga. Seejärel valmistasid nad sellest hüdrogeelist süsiniktoru aerogeeli (CTA), kuivatades selle esmalt ja seejärel kaltsineerides selle argooni inertses atmosfääris temperatuuril 900 ° C, et eemaldada Te nanojuhtmed. See ainulaadne disain teeb CTA-st suurepärase soojusisolaatori ja olemuselt ka ülielastseks, kuna see põrkub tagasi kiirusel 1434 mm/s. Võrreldes kõigi tavaliste elastsete materjalidega on see kõigi aegade kiireim. Autorid märgivad, et see on isegi elastsem kui jääkaru juuksed.
Süsiniktorude õõnsa struktuuri tõttu on materjalil suurepärane soojusjuhtivus, mis on madalam kui kuiva õhu omast, kuna materjali siseläbimõõt on väiksem kui õhu vaba tee läbimõõt. Materjal näitas pikaealisust, säilitades selle soojusjuhtivuse pärast 3-kuulist hoidmist toatemperatuuril 56% suhtelise õhuniiskusega. CTA on kerge, tihedusega 8 kg/m3; kergem kui enamik olemasolevaid soojusisolatsioonimaterjale. Vesi seda ei mõjuta, kuna see ei ole märgatav. Samuti säilib CTA mehaaniline struktuur isegi pärast arvukaid tihendus-vabastustsükleid erinevatel tüvedel.
Käesolevas uuringus kirjeldatakse uut süsiniktorust aerogeeli, mis on inspireeritud jääkarude karvade õõnsast torukujundusest, mis toimib suurepärase soojusisolaatorina. Võrreldes muude saadaolevate aerogeelist isolatsioonimaterjalidega, on see jääkarust inspireeritud õõnestoruga disain kerge, vastupidavam soojusvoolule, veekindel ja ei lagune oma eluea jooksul.
Täiustatud ja tõhusamad soojusisolatsioonisüsteemid lubavad säästa primaarenergia tarbimist. energia on praegu defitsiit samas energia kulud suurenevad. Üks energia säästmise viise on soojusisolatsiooni parandamine hooned. Aerogeelid on juba näidanud suuri lubadusi paljude selliste rakenduste jaoks. See uuring avab võimalused suure jõudlusega materjali kujundamiseks, mis on kerge, ülielastne ja soojusisolatsioonivõimeline, kasutamiseks hoonetes ja kosmosetööstuses, eriti äärmuslikes keskkondades. Tänu oma äärmisele venitusvõimele on selle atraktiivsus erinevate rakenduste jaoks täiustatud.
***
{Saate lugeda esialgset uurimistööd, klõpsates alltoodud allika(te) loendis DOI lingil}
Allikas (d)
Zhan, H et al. 2019. Biomimeetiline süsiniktoru aerogeel võimaldab ülielastsust ja soojusisolatsiooni. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
