«Шерсть белого медведя эволюционно оптимизирована, чтобы помочь предотвратить потерю тепла в холодных и влажных условиях, что делает ее отличной моделью для синтетического теплоизолятора», – говорит соавтор исследования Шу-Хун Ю, профессор химии в Университете Наука и технологии Китая (USTC). «Сделав трубчатый аэрогель из углеродных трубок, мы можем разработать аналогичный эластичный и легкий материал, который задерживает тепло без заметного ухудшения качества в течение срока его службы."
В отличие от волос человека или других млекопитающих, волосы белого медведя полые. Увеличенное под микроскопом, у каждого из них есть длинный цилиндрический стержень, пробитый прямо через его центр.
Давно известно, что формы и расстояние между этими полостями являются причиной их отличительного белого покрытия. Но они также являются источником замечательной теплоудерживающей способности, водостойкости и растяжимости – всех желаемых свойств, которые можно имитировать в термоизоляторе.
«Полые центры ограничивают движение тепла, а также делают отдельные волоски легкими, что является одним из самых выдающихся преимуществ в материаловедении», – говорит Цзянь-Вэй Лю, доцент USTC. Чтобы воспроизвести эту структуру и довести ее до практического размера, исследовательская группа, которую также возглавил Йонг Ни, профессор машиностроения из USTC, изготовила миллионы полых углеродных трубок, каждая из которых эквивалентна одной прядке волос. , и свернул их в спагетти-подобный блок аэрогеля.
По сравнению с другими аэрогелями и изоляционными компонентами, они обнаружили, что конструкция полых трубок, вдохновленная полярным медведем, легче по весу и более устойчива к тепловому потоку. Кроме того, на него практически не влияла вода – удобная функция как для согрева белых медведей во время плавания, так и для сохранения теплоизоляционных свойств во влажных условиях.
В качестве бонуса новый материал был необычайно эластичным, даже больше, чем сами волосы, что еще больше повысило его техническую применимость.
Расширение производственного процесса для создания изоляторов метрового масштаба, а не сантиметрового, станет следующей проблемой для исследователей, поскольку они стремятся к соответствующему промышленному использованию. «В то время как наш материал углеродных трубок не может быть легко произведен массово в настоящее время, мы надеемся преодолеть эти ограничения по размеру, поскольку мы работаем над экстремальными аэрокосмическими приложениями», – говорит Ю.
Работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая, Китайской академией наук и Национальной программой фундаментальных исследований Китая.