Энергоэффективная изоляция зданий, вдохновленная полярным медведем

Ученые создали вдохновленный природой углерод трубчатый аэрогелевый теплоизоляционный материал на основе микроструктуры шерсти белого медведя. Этот легкий, высокоэластичный и более эффективный теплоизолятор открывает новые возможности для энергоэффективной изоляции зданий.

Полярный медведь шерсть помогает животному предотвратить потерю тепла в холодных и влажных климатических условиях холодного полярного круга. Волосы белого медведя по природе полые, в отличие от человеческих волос или других волос. млекопитающих. Каждая прядь волос имеет длинный цилиндрический стержень, проходящий через центр. Именно эта форма и расстояние между впадинами придает волосам белого медведя отчетливый белый окрас. Эти полости обладают множеством свойств, таких как исключительная теплоустойчивость, водостойкость, эластичность и т. д., что делает их очень хорошим теплоизоляционным материалом. Полые центры ограничивают движение тепла, в то же время делая каждую прядь чрезвычайно легкой. Кроме того, несмачиваемая природа шерсти белого медведя сохраняет тепло животного, когда оно плавает при минусовой температуре, а также во влажных условиях. Таким образом, шерсть белого медведя является очень хорошей моделью для разработки синтетических материалов, которые могут обеспечить эффективную изоляцию от тепла так же, как это делает естественная шерсть белого медведя.

В новом исследовании, опубликованном 6 июня в Chem, ученые разработали новый изолятор, вдохновленный микроструктурой отдельных волосков белого медведя и имитирующий микроструктуру волосков белого медведя, и, следовательно, приобретающий все его уникальные свойства. Они изготовили миллионы сверхэластичных, легких полых углеродных трубок, каждая размером с одну прядь волос, и скрутили их в блок аэрогеля. Процесс проектирования сначала начался с изготовления кабельного гидрогеля из нанопроволок теллура (Te) в виде шаблона, покрытого углеродной оболочкой. Затем они изготовили аэрогель с углеродной трубкой (CTA) из этого гидрогеля, сначала высушив его, а затем прокалив в инертной атмосфере аргона при 900 ° C для удаления нанопроволок Te. Эта уникальная конструкция делает CTA отличным теплоизолятором, а также сверхэластичным по своей природе, поскольку он отскакивает со скоростью 1434 мм / с. Это самый быстрый из когда-либо существовавших по сравнению со всеми обычными эластичными материалами. Авторы отмечают, что он даже эластичнее, чем шерсть белого медведя.

Благодаря полой структуре углеродных трубок, материал демонстрирует превосходную теплопроводность, которая ниже, чем у сухого воздуха, поскольку внутренний диаметр материала меньше, чем длина свободного пробега воздуха. Материал показал долговечность, сохранив свою теплопроводность после хранения в течение 3 месяцев при комнатной температуре и относительной влажности 56%. CTA легкий с плотностью 8 кг / м3; легче, чем большинство доступных теплоизоляционных материалов. На него не влияет вода, так как он не смачивается. Кроме того, механическая структура CTA сохраняется даже после многочисленных циклов сжатия-отпускания при различных деформациях.

В текущем исследовании описывается новый аэрогель с углеродной трубкой, вдохновленный конструкцией полой трубки из шерсти белого медведя, которая действует как отличный теплоизолятор. По сравнению с другими доступными изоляционными материалами из аэрогеля, эта конструкция из полых трубок, вдохновленная полярным медведем, легка по весу, более устойчива к тепловому потоку, водонепроницаема и не разрушается в течение всего срока службы.

Улучшенные и более эффективные системы теплоизоляции обещают экономию потребления первичной энергии. Энергия сейчас в дефиците, а энергетика затраты растут. Одним из способов экономии энергии является улучшение теплоизоляции помещений. зданий. Аэрогели уже демонстрируют большие перспективы для широкого спектра таких применений. Это исследование открывает возможности для разработки материалов с высокими эксплуатационными характеристиками, которые являются легкими, сверхэластичными и теплоизолирующими, для применения в зданиях, в аэрокосмической промышленности, особенно в экстремальных условиях. Из-за его исключительной способности к растяжению его привлекательность повышается для различных применений.

{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}

Источник (ы)

Zhan, H et al. 2019. Биомиметический аэрогель с углеродной трубкой обеспечивает сверхэластичность и теплоизоляцию. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025

Не пропустите

Электронная татуировка для постоянного контроля артериального давления

Ученые разработали новый ультратонкий ламинированный на 100% ...

Neuralink: нейронный интерфейс нового поколения, который может изменить жизнь людей

Neuralink — это имплантируемое устройство, которое показало значительный...

Искусственное дерево

Ученые изготовили искусственную древесину из синтетических смол, которые...

Возможность полета со скоростью 5000 миль в час!

Китай успешно испытал гиперзвуковой реактивный самолет...

MediTrain: новое программное обеспечение для практики медитации для улучшения концентрации внимания

Исследование разработало новое программное обеспечение для цифровой медитации...

Оставайтесь на связи:

92,139ПоклонникиПодобно
45,688ПодписчикиПодписаться
1,772ПодписчикиПодписаться
51ПодписчикиПодписаться

Подписка на новости

Актуальные

Программа термоядерной энергетики Великобритании: представлен концептуальный проект прототипа электростанции STEP 

Подход Великобритании к производству термоядерной энергии сформировался с...

МРТ человека в сверхвысоких полях (УВЧ): изображение живого мозга с помощью МРТ 11.7 Тесла проекта Iseult  

Аппарат МРТ мощностью 11.7 Тесла проекта Iseult показал замечательные результаты...

3D-биопечать впервые собирает функциональную ткань человеческого мозга  

Ученые разработали платформу для 3D-биопечати, которая собирает...
Команда SCIEU
Команда SCIEUhttps://www.scientificeuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Значительные достижения науки. Воздействие на человечество. Вдохновляющие умы.

Мобильная телефония в сочетании с подключенными к Интернету диагностическими устройствами предлагает новые способы диагностики, отслеживания и контроля заболеваний

Исследования показывают, как существующие технологии смартфонов могут быть использованы для прогнозирования инфекционных и неинфекционных заболеваний и борьбы с ними. Спрос на смартфоны и их популярность растут ...

Устройство оповещения о жизненно важных функциях (VSA): новое устройство для использования во время беременности

Новое устройство для измерения показателей жизнедеятельности идеально подходит для условий с ограниченными ресурсами для своевременного лечения заболеваний во время беременности. Основная движущая сила развития ...

Искусственное дерево

Ученые изготовили искусственное дерево из синтетических смол, которое, имитируя натуральное дерево, демонстрирует улучшенные свойства для многофункционального использования. Древесина представляет собой органическую волокнистую ткань ...