科学者は自然にインスピレーションを得た カーボン シロクマの毛の微細構造に基づいたチューブエアロゲル断熱材。この軽量、高弾性、より効率的な断熱材は、エネルギー効率の高い建物断熱の新たな道を切り開きます。
ホッキョクグマ 毛は、極寒の北極圏の寒くて湿気の多い気候条件で動物が熱を失うのを防ぐのに役立ちます。シロクマの毛は人間の毛や他の毛とは異なり、自然に中空になっています。 哺乳類。各毛束には、その中心を通る長い円筒形の芯があります。この空洞の形状と間隔によって、シロクマの毛に独特の白い毛並みが与えられます。これらの空洞は、優れた保温性、耐水性、弾性などの多くの特性を備えており、非常に優れた断熱材となります。中空の中心により熱の移動が制限され、デザイン的にはすべてのストランドが非常に軽量になります。また、ホッキョクグマの毛は濡れない性質があるため、氷点下の気温や湿気の多い環境で泳いでいるときでも、ホッキョクグマの体は暖かく保たれます。したがって、シロクマの毛は、自然のシロクマの毛と同じように熱から効率的に断熱できる合成材料を設計するための非常に優れたモデルです。
6月XNUMX日に公開された新しい研究では CHEM、科学者たちは、個々のホッキョクグマの毛の微細構造からインスピレーションを得て模倣し、それによってそのユニークな特性をすべて獲得した新しい絶縁体を開発しました。 彼らは何百万もの超弾性で軽量のくり抜かれたカーボンチューブを製造し、それぞれが一本の髪の毛のサイズで、これらをエアロゲルブロックに巻きました。 設計プロセスは、最初に、カーボンシェルでコーティングされたテンプレートとしてテルル（Te）ナノワイヤーからケーブルヒドロゲルを作成することから始まりました。 次に、このヒドロゲルからカーボンチューブエアロゲル（CTA）を製造しました。最初にそれを乾燥させ、次に900°Cのアルゴン不活性雰囲気で焼成してTeナノワイヤーを除去しました。 このユニークな設計により、CTAは優れた断熱材であり、1434 mm / sの速度で跳ね返るので、本質的に超弾性になります。 これは、従来のすべての弾性材料と比較して、これまでで最速です。 著者は、ホッキョクグマの毛よりもさらに弾力性があると指摘しています。
カーボンチューブの中空構造により、材料の内径が空気の自由行程よりも小さいため、材料は乾燥空気よりも低い優れた熱伝導率を示します。 この材料は、相対湿度3％の室温で56か月間保管した後、熱伝導率を維持することで長寿命を示しました。 CTAは軽量で、密度は8 kg / m3です。 利用可能な断熱材の大部分よりも軽い。 濡れないので水に影響されません。 また、CTAの機械的構造は、さまざまなひずみでの多数の圧縮解放サイクルの後でも維持されます。
現在の研究では、ホッキョクグマの毛の中空管の設計から着想を得た新しいカーボンチューブエアロゲルについて説明しています。これは、優れた断熱材として機能します。 入手可能な他のエアロゲル断熱材と比較して、このホッキョクグマに着想を得た中空管の設計は、軽量で、熱の流れに強く、防水性があり、寿命を通じて劣化しません。
改良され、より効率的な断熱システムは、一次エネルギー消費の節約に期待されています。 エネルギー 現在品薄状態となっておりますが、 エネルギー 費用は高騰しています。エネルギーを節約する方法の 1 つは、断熱性を高めることです。 建物。 エアロゲルは、そのようなさまざまな用途にすでに大きな期待を寄せています。 この研究は、建物、特に極端な環境での航空宇宙産業での用途向けに、軽量で超弾性で断熱性のある高性能材料を設計するための道を開きます。 その極端なストレッチ能力のために、その魅力はさまざまなアプリケーションのために強化されています。
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ソース
Zhan、H etal。 2019.バイオミメティックカーボンチューブエアロゲルは、超弾性と断熱を可能にします。 化学。 http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
