Բևեռային արջից ներշնչված, էներգաարդյունավետ շենքերի մեկուսացում

Scientists have designed a nature-inspired բնածուխ tube aerogel thermal insulating material based upon the microstructure of polar bear hair. This lightweight, highly-elastic and more efficient heat insulator opens up new avenues for energy-efficient building insulation

Բեւեռային արջ hair helps the animal to prevent heat loss in cold and humid climatic conditions in the frigid Arctic circle. Polar bear hair is naturally hollow unlike human hair or other կաթնասուններ. Each hair strand has a long, cylindrical core running through its center. It is this shape and spacing of the cavities which gives polar bear hair the distinct white coat. These cavities have multitude of properties like exceptional heat-holding, water resistance, elasticity etc. which makes them a very good thermal insulator material. The hollow centers restrict movement of heat while design-wise making every strand extremely lightweight. Also, the non-wettable nature of polar bear hair keeps the animal warm when they are swimming in sub-zero temperatures and also under humid conditions. Polar bear hair is thus a very good model for designing synthetic materials which can provide efficient insulation from heat just like polar bear hair does it naturally.

Հունիսի 6-ին հրապարակված նոր ուսումնասիրության մեջ chemԳիտնականները նոր մեկուսիչ են մշակել՝ ոգեշնչվելով և ընդօրինակելով բևեռային արջի առանձին մազերի միկրոկառուցվածքը և, հետևաբար, ձեռք բերելով նրա բոլոր յուրահատուկ հատկությունները: Նրանք պատրաստեցին միլիոնավոր գերառաձգական, թեթև փորված ածխածնային խողովակներ, որոնցից յուրաքանչյուրը մեկ մազի չափի էր, և դրանք փաթաթեցին օդագելի բլոկի մեջ: Նախագծման գործընթացը սկզբում սկսվեց տելուրիումի (Te) նանոլարերից մալուխային հիդրոգելի պատրաստմամբ՝ որպես ձևանմուշ, որը պատված էր ածխածնային թաղանթով: Այնուհետև նրանք այս հիդրոգելից պատրաստեցին ածխածնային խողովակի օդագել (CTA)՝ սկզբում չորացնելով այն և այնուհետև կալցինացնելով արգոնային իներտ մթնոլորտում 900 °C ջերմաստիճանում՝ Te nanowires-ը հեռացնելու համար: Այս եզակի դիզայնը CTA-ին դարձնում է հիանալի ջերմամեկուսիչ, ինչպես նաև իր բնույթով գերառաձգական, քանի որ այն շրջվում է 1434 մմ/վ արագությամբ: Սա երբևէ ամենաարագն է բոլոր սովորական առաձգական նյութերի համեմատ: Հեղինակները նշում են, որ այն նույնիսկ ավելի առաձգական է, քան բևեռային արջի մազերը:

Ածխածնային խողովակների խոռոչ կառուցվածքի շնորհիվ նյութը ցուցադրում է գերազանց ջերմային հաղորդունակություն, որն ավելի ցածր է, քան չոր օդը, քանի որ նյութի ներքին տրամագիծը պակաս է օդի ազատ ուղուց: Նյութը երկարակեցություն է ցույց տվել՝ պահպանելով իր ջերմային հաղորդունակությունը 3 ամիս սենյակային ջերմաստիճանում 56% հարաբերական խոնավությամբ պահպանվելուց հետո: CTA-ն թեթև է 8 կգ/մ3 խտությամբ; ավելի թեթև, քան առկա ջերմամեկուսիչ նյութերի մեծ մասը: Այն չի ենթարկվում ջրի ազդեցությանը, քանի որ այն չի թրջվում: Բացի այդ, CTA-ի մեխանիկական կառուցվածքը պահպանվում է նույնիսկ տարբեր շտամներում սեղմված ազատման բազմաթիվ ցիկլերից հետո:

Ընթացիկ ուսումնասիրությունը նկարագրում է նոր ածխածնային խողովակի օդագել, որը ոգեշնչված է բևեռային արջի մազերի խոռոչ խողովակի ձևավորումից, որը գործում է որպես հիանալի ջերմամեկուսիչ: Համեմատած օդագելային մեկուսացման այլ նյութերի հետ՝ բևեռային արջից ներշնչված այս խոռոչ խողովակի դիզայնը թեթև է, ավելի դիմացկուն է ջերմային հոսքին, ջրակայուն է և չի քայքայվում իր կյանքի ընթացքում:

Improved and more efficient thermal insulation systems hold promise for conserving primary energy consumption. էներգիա is now in short supply while էներգիա costs are escalating. One of the ways to conserve energy is to improve thermal insulation of շենքեր. Աերոգելներն արդեն իսկ խոստումնալից են նման կիրառությունների լայն տեսականիով: Այս ուսումնասիրությունը ճանապարհներ է բացում բարձր արդյունավետությամբ նյութի նախագծման համար, որը թեթև է, գերառաձգական և ջերմամեկուսիչ շենքերում, օդատիեզերական արդյունաբերության մեջ հատկապես ծայրահեղ միջավայրերում կիրառման համար: Իր ծայրահեղ ձգվող ունակության պատճառով դրա գրավչությունը մեծանում է տարբեր ծրագրերի համար:

***

{Դուք կարող եք կարդալ հետազոտական ​​հոդվածի բնօրինակը` սեղմելով ներքևում նշված DOI հղումը` մեջբերված աղբյուրների ցանկում:}

Աղբյուրը (ներ)

Zhan, H et al. 2019. Biomimetic Carbon Tube Airgel-ը հնարավորություն է տալիս գերառաձգականություն և ջերմամեկուսացում: Քիմ. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025