Sztuczna sierść niedźwiedzia polarnego sprawiła, że królik stał się niewidoczny dla kamery termowizyjnej

Kategorie: 

https://twitter.com/

Chińscy naukowcy stworzyli skuteczną tkaninę termoizolacyjną składającą się z porowatych włókien o strukturze podobnej do włosa z wełny polarnej. Rozszerzone wnęki zorientowane wzdłuż włókien dają izolację termiczną zarówno w ujemnych, jak i w stosunkowo wysokich temperaturach dodatnich. Wynalazek został przetestowany na króliku, który został pokryty szmatką i włożony do komory termicznej, donosi Advanced Materials.

 



Wiadomo, że zwierzęta polarne żyjące w warunkach stałego zimna, w szczególności niedźwiedzie polarne, są w stanie utrzymać ciepło skutecznie i przez bardzo długi czas. Pomaga im w tym pusta struktura włosów ich wełny. Grubość jednego włosa wynosi około 100 mikrometrów, podczas gdy w jego środku znajduje się wgłębienie o średnicy około 40 mikrometrów. Te ubytki w środku każdego włosa znacznie zmniejszają przewodność cieplną wełny i tworzą skuteczny izolator. Właściwości termoizolacyjne futra niedźwiedzia polarnego są tak dobre, że czasami nie można ich zobaczyć nawet za pomocą termowizyjnych kamer na podczerwień.



Chińscy naukowcy z Uniwersytetu Zhejiang pod przewodnictwem Hao Bai postanowili użyć podobnej struktury włókien, aby stworzyć syntetyczną tkaninę termoizolacyjną. Aby to zrobić, autorzy wykorzystali włókna pochodzące z fibroiny, białka wyizolowanego z owadów, na przykład z jedwabników.



Aby uzyskać włókna o pożądanej strukturze, naukowcy zastosowali technikę „liofilizowania": cienki strumień lepkiego roztworu wodnego powoli wypływał ze zbiornika przepuszczonego przez obszar o obniżonej temperaturze, w wyniku czego rozpoczął się proces ukierunkowanego wzrostu kryształów lodu. Zamrożone włókno starannie zebrano, następnie rozmrożono i wysuszono w taki sposób, aby zachować niezbędną strukturę porów.



Warunki syntezy określono tak, że szybkość przepływu była równa szybkości krystalizacji, a front krystalizacji znajdował się zawsze na tej samej wysokości. W rezultacie naukowcy byli w stanie uzyskać włókno z fibroiny o grubości około 100 do 300 mikrometrów, gdzie wnęki są kierowane wzdłuż osi włókna.



Autorzy artykułu zauważają, że warunki otrzymywania włókien są bardzo wrażliwe na warunki syntezy, dlatego w różnych temperaturach syntezy możliwe jest zmienianie wielkości porów od 20 do 80 mikrometrów lub nawet uzyskiwanie włókien z zaburzonym układem wnękowym. Z tak otrzymanych włókien naukowcy utkali tkaninę, którą następnie przetestowano pod kątem zastosowania jako materiału termoizolacyjnego.



Okazało się, że minimalną utratę ciepła można uzyskać za pomocą włókien o porach o grubości około 20 mikronów. Jednocześnie taka tkanka działa skutecznie zarówno w ujemnych temperaturach (do -20 stopni Celsjusza), jak i dodatnich (do 80 stopni Celsjusza). Aby zwiększyć efektywność izolacji termicznej, naukowcy zaproponowali również wytwarzanie tkanin wielowarstwowych.



Aby wykazać, że taka tkanina może być używana do produkcji odzieży termoizolacyjnej, autorzy przeprowadzili eksperyment z królikiem. Ciało zwierzęcia pokryto niewielkim kawałkiem powstałej porowatej tkanki, a temperaturę powierzchni przykrytego ciała mierzono za pomocą termicznej kamery na podczerwień. Naukowcy porównali uzyskane mapy termiczne z obrazami termicznymi królika pokrytego konwencjonalną tkaniną syntetyczną i bez osłony. Eksperyment przeprowadzono w temperaturze pokojowej i powtórzono w 40 stopniach Celsjusza i przy -10 stopniach Celsjusza. W przeciwieństwie do dwóch porównawczych eksperymentów ciało królika, pokryte kocem z eksplorowanej porowatej tkanki, pozostało prawie całkowicie niewidoczne dla komór termicznych we wszystkich temperaturach.



Innowacyjny materiał może być stosowany nie tylko jako izolator ciepła, ale również jako niezależne źródło ciepła - do tego potrzebne są nanorurki węglowe do struktury włókien. Jeśli napięcie elektryczne od 1 do 5 woltów zostanie przyłożone do takiej tkanki za pomocą nanorurek, jej temperatura może wzrosnąć do 30-35 stopni Celsjusza.



Autorzy gazety zauważają, że porowata struktura włókien, która nie pozwala na rozproszenie ciepła, nie zmniejsza właściwości mechanicznych tkanki, pozwalając jej „oddychać" i nie tracić odporności na zużycie. Dlatego w przyszłości taka tkanina może być wykorzystywana do produkcji zwykłych ubrań. Naukowcy zauważają, że według wstępnych szacunków użycie takich tkanek może zmniejszyć o około 50% zużycie energii związane z ogrzewaniem.
 

Ocena: 

Nie ma jeszcze ocen



Skomentuj