Kiinalaiset tutkijat valmistavat jääkarhun karvan bionista lämmöneristysmateriaalia

Zhejiangin yliopiston tiimi valmisti erittäin lämpimän tekokuidun, joka oli kapseloitu aerogeelillä, jäljittelemällä jääkarhun karvan rakennetta. Tämä materiaali on lämmin, kevyt ja samalla kestävä. 22.12.2023 tähän saavutukseen liittyvä artikkeli julkaistiin kansainvälisessä "Science"-lehdessä.

Saavutuksen viimeisteli ryhmä, jossa oli professori Bo Hao kemiantekniikan ja biotekniikan korkeakoulusta ja apulaisprofessori Gao Weiwei Zhejiangin yliopiston polymeeritieteen ja tekniikan osastolta.

Bai Hao sanoi, että jääkarhut luottavat erittäin lämpimiin hiuksiinsa sopeutuakseen miinus 40 celsiusasteen ympäristöön. He havaitsivat, että jääkarhun karva on ontto rakenne, joka kapseloi suuren määrän "hiljaista" ilmaa, ja jokaisessa karvassa on kuori. Elektronimikroskoopilla tämä kuori on noin 20 mikronia paksu, mikä vastaa lähes neljännestä hiusten halkaisijasta.

Tämän löydön innoittamana tutkimusryhmä käytti lähes 6 vuotta uudenlaisen "ydinkuoren" rakennekuitujen valmistelemiseen. Kuidun keskiosa on polymeeriaerogeeli, jossa on pitkiä huokosia, joiden halkaisija on noin 10-30 mikronia. Pienet reiät on järjestetty samaan suuntaan, kuten "varastot" ilman varastointia varten. Kuidun pinnalla on TPU (termoplastinen polyuretaanikumi) -kuori, joka kääri aerogeelin sisään.

""Ydin" on vastuussa superlämmön saavuttamisesta. Säätelemällä kuidun sisällä olevien pienten reikien suuntaa ja kokoa sen odotetaan "lukittavan" infrapunasäteilyä ja estävän lämpöhäviötä; "kuori" vastaa vahvuudesta ja kestävä, antaa hyvän mekaanisen tuen kuidulle, mikä tekee siitä kulutusta kestävän, venyvän ja pestävän", sanoi Bohao.

Lämmöneristysvaikutuksen todentamiseksi tutkijat yrittivät varmistaa untuvatakkien, villapaitojen, puuvillapuseroiden ja "jääkarhuvillapaitojen" lämmöneristysvaikutuksen samalla alkulämpötilalla vakiolämpötilassa miinus 20 celsiusasteen kylmävarastossa. Mitä vähemmän vaatteiden pintalämpötila kohoaa, sitä vähemmän lämpöä häviää ihmiskehosta ja sitä parempi on vaatteiden lämpösuorituskyky.

Tutkijat havaitsivat, että muutaman minuutin testauksen jälkeen puuvillapuseron pintalämpötila nousi 10,8 celsiusasteeseen ja untuvatakin pintalämpötila nousi 3,8 celsiusasteeseen. "Jääkarhupuseron", joka on lähellä villapaidan paksuutta ja vain kolmasosa - viidesosa untuvatakin paksuudesta, pinta kohoaa vain 3,5 celsiusasteeseen.

"Jääkarhunkarvojen avulla voimme nähdä, kuinka luonto sallii "ytimen" ja "kuoren" suorittaa tehtävänsä. Bionisen tutkimuksen ydin on oppia luonnolta ongelmien ratkaisemiseksi." Bohao sanoi, että luonnon salaisuuksien paljastaminen, uuden tiedon löytäminen ja uusien ihmisten elämää parantavien materiaalien luominen on bionisen tutkimuksen tehtävä, ja se on myös pyrkimys, jota ryhmä on jatkanut monta vuotta.