Els científics han dissenyat un model inspirat en la natura carboni Material aïllant tèrmic de tub d'aerogel basat en la microestructura del pèl d'ós polar. Aquest aïllant tèrmic lleuger, altament elàstic i més eficient obre noves vies per a l'aïllament d'edificis eficient energèticament.
Ós polar El pèl ajuda a l'animal a prevenir la pèrdua de calor en condicions climàtiques fredes i humides al cercle polar àrtic. El cabell de l'ós polar és naturalment buit a diferència del cabell humà o d'altres mamífers. Cada fil de cabell té un nucli llarg i cilíndric que recorre el seu centre. És aquesta forma i l'espaiat de les cavitats el que dóna al pèl de l'ós polar la capa blanca diferent. Aquestes cavitats tenen multitud de propietats com una retenció de calor excepcional, resistència a l'aigua, elasticitat, etc. que les converteixen en un molt bon material aïllant tèrmic. Els centres buits restringeixen el moviment de la calor mentre que el disseny fa que cada fil sigui extremadament lleuger. A més, la naturalesa no humectable del pèl de l'ós polar manté l'animal calent quan neden a temperatures sota zero i també en condicions humides. El pèl d'ós polar és, per tant, un molt bon model per dissenyar materials sintètics que poden proporcionar un aïllament eficient de la calor tal com ho fa el pèl d'ós polar de manera natural.
En un nou estudi publicat el 6 de juny a Chem, els científics han desenvolupat un nou aïllant inspirant-se i imitant la microestructura dels pèls individuals d'ós polar i, per tant, adquirint totes les seves propietats úniques. Van fabricar milions de tubs de carboni buits súper elàstics i lleugers, cadascun de la mida d'un sol fil de cabell i els van enrotllar en un bloc d'aerogel. El procés de disseny va començar amb la fabricació d'hidrogel de cable a partir de nanofils de tel·luri (Te) com a plantilla que estava recoberta amb una carcassa de carboni. A continuació, van fabricar un aerogel de tub de carboni (CTA) a partir d'aquest hidrogel assecant-lo primer i després calcinant-lo en una atmosfera inert d'argó a 900 ° C per eliminar els nanofils de Te. Aquest disseny únic fa que CTA sigui un excel·lent aïllant tèrmic i també de naturalesa súper elàstica, ja que rebota a la velocitat de 1434 mm/s. Aquest és el més ràpid mai comparat amb tots els materials elàstics convencionals. Els autors assenyalen que és fins i tot més elàstic que el cabell de l'ós polar.
A causa de l'estructura buida dels tubs de carboni, el material presenta una excel·lent conductivitat tèrmica que és inferior a la de l'aire sec perquè el diàmetre interior del material és inferior al del camí lliure de l'aire. El material va mostrar longevitat mantenint la seva conductivitat tèrmica després de ser emmagatzemat durant 3 mesos a temperatura ambient amb un 56% d'humitat relativa. El CTA és lleuger amb una densitat de 8 kg/m3; més lleuger que la majoria dels materials aïllants tèrmics disponibles. No es veu afectat per l'aigua, ja que no és humectable. A més, l'estructura mecànica del CTA es manté fins i tot després de nombrosos cicles d'alliberament de compressió a diferents soques.
L'estudi actual descriu un nou aerogel de tub de carboni, inspirat en el disseny del tub buit del cabell d'ós polar, que actua com un excel·lent aïllant tèrmic. En comparació amb altres materials d'aïllament d'aerogel disponibles, aquest disseny de tub buit inspirat en l'ós polar és lleuger, més resistent al flux de calor, a prova d'aigua i no es degrada al llarg de la seva vida útil.
Els sistemes d'aïllament tèrmic millorats i més eficients són prometedors per conservar el consum d'energia primària. Energia ara és escassetat mentre energia els costos estan augmentant. Una de les maneres d'estalviar energia és millorar l'aïllament tèrmic edificis. Els aerogels ja mostren una gran promesa per a una gran varietat d'aplicacions d'aquest tipus. Aquest estudi obre vies per dissenyar un material d'alt rendiment que sigui lleuger, súper elàstic i aïllant tèrmicament per a aplicacions en edificis, indústria aeroespacial, especialment en entorns extrems. A causa de la seva capacitat d'estirament extrema, el seu atractiu es millora per a diverses aplicacions.
***
{Podeu llegir el document de recerca original fent clic a l'enllaç DOI que apareix a continuació a la llista de fonts citades}
Font (s)
Zhan, H et al. 2019. L'aerogel de tub de carboni biomimètic permet una super-elasticitat i un aïllament tèrmic. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025