Scientists have designed a nature-inspired 탄소 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
북극곰 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 포유류. 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.
6월 XNUMX일자에 발표된 새로운 연구에서 화학, 과학자들은 개별 북극곰 털의 미세 구조에서 영감을 얻고 모방하여 고유한 특성을 모두 획득하는 새로운 절연체를 개발했습니다. 그들은 수백만 개의 초탄성, 가벼운 속이 빈 탄소 튜브를 제작했으며, 각각의 크기는 한 가닥의 머리카락 크기이며 이를 에어로겔 블록으로 감았습니다. 설계 과정은 먼저 탄소 쉘로 코팅된 템플릿으로 텔루륨(Te) 나노와이어에서 케이블 하이드로겔을 만드는 것으로 시작되었습니다. 그런 다음 그들은 먼저 이 하이드로겔을 건조시킨 다음 900°C의 아르곤 불활성 분위기에서 소성하여 Te 나노와이어를 제거함으로써 탄소 튜브 에어로겔(CTA)을 제작했습니다. 이 독특한 디자인으로 인해 CTA는 1434mm/s의 속도로 반동하므로 본질적으로 뛰어난 단열재이자 초탄성입니다. 이는 기존의 모든 탄성 재료와 비교할 때 가장 빠릅니다. 저자들은 그것이 북극곰의 머리카락보다 훨씬 더 탄력적이라고 지적합니다.
탄소 튜브의 중공 구조로 인해 재료의 내경이 공기의 자유 경로보다 작아 건조 공기보다 낮은 열전도율이 우수합니다. 이 소재는 상대습도 3%의 상온에서 56개월간 보관 후에도 열전도율을 유지해 수명을 보였다. CTA는 8kg/m3의 밀도로 가볍습니다. 사용 가능한 대부분의 단열재보다 가볍습니다. 물에 젖지 않기 때문에 물의 영향을 받지 않습니다. 또한 CTA의 기계적 구조는 다양한 변형률에서 수많은 압축 해제 주기 후에도 유지됩니다.
현재 연구에서는 북극곰의 털의 속이 빈 튜브 디자인에서 영감을 받은 새로운 탄소 튜브 에어로젤에 대해 설명합니다. 이 에어로젤은 우수한 단열재 역할을 합니다. 사용 가능한 다른 에어로젤 단열재와 비교하여 북극곰에서 영감을 받은 이 중공관 디자인은 무게가 가볍고 열 흐름에 더 강하고 방수가 되며 수명이 다해도 성능이 저하되지 않습니다.
Improved and more efficient thermal insulation systems hold promise for conserving primary energy consumption. 에너지 산업 is now in short supply while 에너지 costs are escalating. One of the ways to conserve energy is to improve thermal insulation of 건물. 에어로겔은 이미 다양한 응용 분야에서 큰 가능성을 보여주고 있습니다. 이 연구는 건물, 항공우주 산업, 특히 극한 환경에서 적용할 수 있는 경량, 초탄성 및 단열재인 고성능 재료를 설계할 수 있는 길을 열어줍니다. 극도의 신축성으로 인해 다양한 응용 분야에 대한 매력이 향상됩니다.
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출처
Zhan, H et al. 2019. 생체모방 탄소 튜브 에어로젤은 초탄성 및 단열을 가능하게 합니다. 화학 http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
