מדענים עיצבו בהשראת הטבע פַּחמָן חומר בידוד תרמי של צינור איירגל המבוסס על מבנה המיקרו של שיער דוב הקוטב. מבודד חום קל משקל, אלסטי ויעיל יותר זה פותח אפיקים חדשים לבידוד בניינים חסכוני באנרגיה
דוב קוטב שיער עוזר לבעל החיים למנוע איבוד חום בתנאי אקלים קרים ולחים במעגל הארקטי הקפוא. שיער דובי קוטב חלול באופן טבעי בניגוד לשיער אדם או אחר יונקים. לכל קווצת שיער יש ליבה גלילית ארוכה העוברת במרכזו. הצורה והמרווח הזה של החללים הם שמעניקים לשיער דובי הקוטב את הפרווה הלבנה המובהקת. לחללים הללו יש מאפיינים רבים כמו החזקת חום יוצאת דופן, עמידות למים, גמישות וכו' מה שהופך אותם לחומר מבודד תרמי טוב מאוד. המרכזים החלולים מגבילים את תנועת החום תוך כדי עיצוב הופך כל גדיל לקל משקל במיוחד. כמו כן, האופי הבלתי ניתן להרטבה של שיער דובי הקוטב שומר על חום החיה כאשר הם שוחים בטמפרטורות מתחת לאפס וגם בתנאי לחות. שיער דובי קוטב הוא אם כן מודל טוב מאוד לעיצוב חומרים סינתטיים שיכולים לספק בידוד יעיל מחום בדיוק כמו ששיער דובי קוטב עושה זאת באופן טבעי.
במחקר חדש שפורסם ב-6 ביוני ב Chem, מדענים פיתחו מבודד חדש השואב השראה ומחקה את המיקרו-מבנה של שערות דובי קוטב בודדות ומכאן רוכש את כל התכונות הייחודיות שלו. הם ייצרו מיליוני צינורות פחמן חלולים סופר-אלסטיים, קלים, כל אחד בגודל של קווצת שיער בודדת וכרכו אותם לגוש איירגל. תהליך העיצוב התחיל לראשונה עם ייצור הידרוג'ל בכבלים מחוטי טלוריום (Te) כתבנית שצופה במעטפת פחמן. לאחר מכן הם ייצרו אוויר ג'ל צינורות פחמן (CTA) מהידרוג'ל הזה על ידי ייבושו תחילה ולאחר מכן סיידו אותו באווירה אינרטית של ארגון ב-900 מעלות צלזיוס כדי להסיר חוטי טה. העיצוב הייחודי הזה הופך את CTA למבודד תרמי מעולה וגם סופר אלסטי באופיו כשהוא מתאושש במהירות של 1434 מ"מ לשנייה. זהו המהיר ביותר אי פעם בהשוואה לכל החומרים האלסטיים הרגילים. מחברים מציינים שהוא אלסטי אפילו יותר משיער דובי קוטב.
בשל המבנה החלול של צינורות פחמן, החומר מפגין מוליכות תרמית מצוינת הנמוכה מזו של אוויר יבש בגלל שהקוטר הפנימי של החומר קטן מזה של הנתיב החופשי של האוויר. החומר הראה אורך חיים על ידי שמירה על מוליכות תרמית שלו לאחר אחסון במשך 3 חודשים בטמפרטורת החדר עם 56% לחות יחסית. ה-CTA קל משקל עם צפיפות של 8 ק"ג/מ"ק; קל יותר מרוב חומרי הבידוד התרמי הזמינים. זה לא מושפע ממים מכיוון שהוא לא ניתן להרטבה. כמו כן, המבנה המכני של ה-CTA נשמר גם לאחר מחזורי שחרור דחיסה רבים בזנים שונים.
המחקר הנוכחי מתאר ג'ל אוויר חדש של צינורות פחמן - בהשראת עיצוב הצינור החלול של שיער דובי הקוטב - הפועל כמבודד תרמי מצוין. בהשוואה לחומרי בידוד איירגל אחרים הזמינים, עיצוב צינור חלול זה בהשראת דובי הקוטב הוא קל במשקל, עמיד יותר לזרימת חום, עמיד למים ואינו מתכלה לאורך חייו.
מערכות בידוד תרמי משופרות ויעילות יותר טומנות בחובן הבטחה לשימור צריכת האנרגיה הראשונית. אנרגיה הוא כעת במחסור בעוד אנרגיה העלויות מסלימות. אחת הדרכים לחסוך באנרגיה היא לשפר את הבידוד התרמי של בניינים. Aerogels כבר מראים הבטחה גדולה למגוון רחב של יישומים כאלה. מחקר זה פותח אפיקים לתכנון חומר בעל ביצועים גבוהים שהוא קל משקל, סופר אלסטי ומבודד תרמי עבור יישומים בבניינים, בתעשייה אווירית במיוחד בסביבות קיצוניות. בגלל יכולת המתיחה הקיצונית שלו, המשיכה שלו משופרת עבור יישומים שונים.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
Zhan, H et al. 2019. Biomimetic Carbon Tube Airgel מאפשר סופר אלסטיות ובידוד תרמי. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
