Một vật liệu lấy cảm hứng từ gấu bắc cực để cách nhiệt

“Lông gấu Bắc cực đã được tối ưu hóa dần dần để giúp ngăn ngừa mất nhiệt trong điều kiện lạnh và ẩm, điều này làm cho nó trở thành một mô hình tuyệt vời cho chất cách nhiệt tổng hợp”, tác giả đồng cấp cao Shu-Hong Yu, giáo sư hóa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC). “Bằng cách tạo ra ống khí từ ống carbon, chúng tôi có thể thiết kế một vật liệu đàn hồi và nhẹ tương tự giữ nhiệt mà không làm giảm đáng kể trong suốt vòng đời của nó.”

Không giống như lông của con người hoặc các động vật có vú khác, lông gấu Bắc cực rỗng. Phóng to dưới kính hiển vi, mỗi chiếc có một lõi hình trụ dài, đâm thẳng qua tâm của nó. Hình dạng và khoảng cách của các hốc này từ lâu đã được biết là chịu trách nhiệm cho lớp lông trắng đặc biệt của chúng. Nhưng chúng cũng là nguồn có khả năng giữ nhiệt vượt trội, khả năng chống nước và độ co giãn, tất cả các đặc tính mong muốn để bắt chước trong một chất cách nhiệt.

“Các trung tâm rỗng hạn chế sự chuyển động của nhiệt và cũng làm cho từng sợi lông nhẹ, đó là một trong những lợi thế nổi bật nhất trong khoa học vật liệu”, Jian-Wei Liu, phó giáo sư tại USTC nói. Để mô phỏng cấu trúc này và mở rộng quy mô thực tế, nhóm nghiên cứu – ngoài ra còn được lãnh đạo bởi Yong Ni, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại USTC – đã sản xuất hàng triệu ống carbon rỗng, mỗi ống tương đương với một sợi tóc và quấn chúng thành một khối aerogel giống như spaghetti.

So với các aerogel và các thành phần cách nhiệt khác, họ phát hiện ra rằng thiết kế ống rỗng lấy cảm hứng từ gấu bắc cực có trọng lượng nhẹ hơn và có khả năng chịu nhiệt tốt hơn. Nó cũng hầu như không bị ảnh hưởng bởi nước – một tính năng tiện dụng cả để giữ ấm cho gấu Bắc cực khi bơi và để duy trì hiệu suất cách nhiệt trong điều kiện ẩm ướt. Như một phần thưởng, vật liệu mới này có độ co giãn đặc biệt, thậm chí còn hơn cả những sợi lông, tăng thêm khả năng ứng dụng kỹ thuật của nó.

Mở rộng quy trình sản xuất để xây dựng các chất cách điện ở quy mô mét chứ không phải là centimet sẽ là thách thức tiếp theo đối với các nhà nghiên cứu khi họ nhắm đến việc sử dụng công nghiệp có liên quan. “Mặc dù vật liệu ống carbon của chúng tôi không thể dễ dàng được sản xuất hàng loạt vào lúc này, chúng tôi hy vọng sẽ khắc phục những hạn chế kích thước này khi chúng tôi làm việc đối với các ứng dụng hàng không vũ trụ cực đoan”, Yu nói.

Công trình này được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia Trung Quốc, Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc và Chương trình nghiên cứu cơ bản quốc gia của Trung Quốc.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Cell Press . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Hui-Juan Zhan, Kai-Jin Wu, Ya-Lin Hu, Jian-Wei Liu, Han Li, Xu Guo, Jie Xu, Yuan Yang, Zhi-Long Yu, Huai-Ling Gao, Xi-Sheng Luo, Jia-Fu Chen, Yong Ni, Shu-Hong Yu. Biomimetic Carbon Tube Airgel Cho phép siêu đàn hồi và cách nhiệt . Hóa , 2019; DOI: 10.1016 / j.oolpr.2019.04.025