【合肥在线】灵感来自北极熊毛发 中科大团队研制新型保温材料 2019-06-11

合肥在线讯(范琼 记者 荚妤)随着科技的进步和新能源的不断开发,各种新型材料也层出不穷。由脂肪和毛皮构成的保温层,使北极熊在严寒的北极得以生存。在工程师眼中,北极熊的毛发是理想的隔热材料,它可以像天然材料一样锁住热量。6月10日,记者从中国科大了解到,中国科学家已经研制出这样一种保温材料,仿照单根北极熊毛发的中空结构,并将其扩展到由许多毛发组成的块体材料上,该项研究可能在未来建筑和航空航天领域得到广泛应用。该成果于6月6日发表在细胞出版社旗下期刊《化学》上。

“北极熊的毛发经过进化完善,使其具有在寒冷潮湿的环境中保温的效果,这使它成为合成保温材料的理想模型。通过组装人工合成的碳管纤维,我们可以设计出一种具有弹性的轻质材料,这种材料在使用期限内不会明显老化,而且能吸收热量。” 论文通讯作者、中国科学技术大学化学系教授俞书宏说。

很多人都以为北极熊的毛是白色的,但实际上北极熊的毛是透明的,光在内部发生反射 ,引起发光,看起来像白色。与人类或其他哺乳动物的毛发不同,北极熊的毛发是中空的。在显微镜下放大后,每一根毛发都存在空腔结构。这些空腔的形状和间距形成了它们独特的白色外壳。同时,这也赋予了它们显著的保温性和疏水性,适宜人工隔热材料效仿。            

“中空的内核限制了热对流,中空结构同样也使单根毛发变得轻质,这是材料科学中最突出的优势之一,”中国科技大学副教授刘建伟说。为了模拟这种结构,他们与中国科技大学近代力学系倪勇教授团队合作,模拟数百万根中空碳管,每根碳管相当于一根北极熊毛发,并将它们缠绕成像通心粉一样的气凝胶。  

与其他气凝胶和保温材料相比,他们发现受北极熊毛发启发仿生制备的空心管表现出轻质、隔热,也几乎不受水的影响——这是一个使北极熊既能在游泳时保持温暖,又能在潮湿条件下保持绝缘性的便利功能。另一个好处是,这种新材料与北极熊的毛发相比具有超弹性,这就进一步提高了其在工程方面的适用性。

课题组模仿北极熊毛发制备的空心结构碳管。其构筑的碳管气凝胶能制成超弹性隔热材料。(图:詹慧娟)

课题组模仿北极熊毛发制备的空心结构碳管。其构筑的碳管气凝胶能制成超弹性隔热材料。(图:詹慧娟)

研究人员聚焦于这种材料的相关工业用途,下一步准备将目前这种保温材料的生产从厘米尺度扩大到米级尺度。俞书宏表示,“由于实验室设备的限制,我们合成的碳管材料目前尚未能宏量制备,但我们预期将能够实现该材料的量产,并探索其在航空航天领域等极端条件下的应用”。


合肥在线 2019-06-10

http://www.hf365.com/2019/0610/1236876.shtml


     
中国科大新闻网
中国科大官方微博
中国科大官方微信

Copyright 2007 - 2008 All Rights Reserved 中国科学技术大学 版权所有 Email:news@ustc.edu.cn

主办:中国科学技术大学 承办:新闻中心 技术支持:网络信息中心

地址:安徽省合肥市金寨路96号 邮编:230026