محققان چینی مواد عایق حرارتی بیونیک موی خرس قطبی را تهیه می کنند

با تقلید از ساختار موی خرس قطبی، تیمی از دانشگاه ژجیانگ یک فیبر مصنوعی فوق‌العاده گرم که با آئروژل محصور شده بود، تهیه کردند. این ماده گرم، سبک وزن و در عین حال بادوام است. در 22 دسامبر 2023 مقاله ای مرتبط با این دستاورد در مجله بین المللی "ساینس" منتشر شد.

این دستاورد توسط تیمی از پروفسور بو هائو از دانشکده مهندسی شیمی و مهندسی زیستی و دانشیار گائو ویوی از گروه علوم و مهندسی پلیمر در دانشگاه ژجیانگ تکمیل شد.

بای هائو گفت که خرس های قطبی برای سازگاری با محیط منفی 40 درجه سانتیگراد به موهای فوق العاده گرم خود متکی هستند. آنها دریافتند که موی خرس قطبی یک ساختار توخالی است که مقدار زیادی هوای "راستا" را در خود محصور می کند و هر مو یک پوسته دارد. در زیر میکروسکوپ الکترونی، این پوسته حدود 20 میکرون ضخامت دارد که تقریباً یک چهارم قطر مو را تشکیل می دهد.

با الهام از این کشف، تیم تحقیقاتی نزدیک به 6 سال را صرف تهیه نوع جدیدی از فیبر ساختاری "هسته-پوسته" کرد. مرکز فیبر یک آئروژل پلیمری است که با منافذ بلند با قطر حدود 10 تا 30 میکرون پر شده است. سوراخ های کوچک در یک جهت چیده شده اند، مانند "انبارها" برای ذخیره هوا. یک پوسته TPU (لاستیک پلی اورتان ترموپلاستیک) روی سطح فیبر وجود دارد تا آئروژل را درون آن بپیچد.

"هسته" مسئول دستیابی به گرمای فوق العاده است. با تنظیم جهت و اندازه سوراخ های کوچک داخل فیبر، انتظار می رود که تابش مادون قرمز را "قفل" کند و از اتلاف گرما جلوگیری کند؛ "پوسته" مسئول قوی و قوی بودن آن است. با دوام، پشتیبانی مکانیکی خوبی برای فیبر فراهم می کند، و آن را مقاوم در برابر سایش، مقاوم در برابر کشش و قابل شستشو می کند.

به منظور بررسی اثر عایق حرارتی، محققان سعی کردند اثر عایق حرارتی ژاکت‌های پایین، ژاکت‌های پشمی، ژاکت‌های نخی و "ژاکت‌های خرس قطبی" را با دمای اولیه یکسان در یک انبار سرد با دمای ثابت منفی 20 درجه سانتی‌گراد بررسی کنند. هر چه دمای سطح لباس کمتر افزایش یابد، گرمای کمتری از بدن انسان هدر می رود و عملکرد حرارتی لباس بهتر است.

محققان دریافتند که پس از چند دقیقه آزمایش، دمای سطح ژاکت نخی به 10.8 درجه سانتیگراد و دمای سطح ژاکت پایین به 3.8 درجه سانتیگراد افزایش یافت. سطح "ژاکت خرس قطبی" که به ضخامت یک پلیور پشمی نزدیک است و تنها یک سوم تا یک پنجم ضخامت یک ژاکت پر است، تنها تا 3.5 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.

"موی خرس قطبی به ما اجازه می دهد تا ببینیم که چگونه طبیعت به "هسته" و "پوسته" اجازه می دهد تا وظایف مربوطه خود را انجام دهند. جوهر تحقیق بیونیک این است که از طبیعت یاد بگیریم چگونه مشکلات را حل کنیم." بوهائو گفت که با فاش کردن اسرار طبیعت، کشف دانش جدید و ایجاد مواد جدید که زندگی مردم را بهبود می بخشد، ماموریت تحقیقات بیونیک است و همچنین این پیگیری است که این تیم سال ها در آن پافشاری کرده است.