მეცნიერებმა შექმნეს ბუნებისგან შთაგონებული ნახშირბადის მილის აეროგელის თბოსაიზოლაციო მასალა, რომელიც დაფუძნებულია პოლარული დათვის თმის მიკროსტრუქტურაზე. ეს მსუბუქი, უაღრესად ელასტიური და უფრო ეფექტური თბოიზოლატორი ხსნის ახალ გზებს შენობის ენერგოეფექტური იზოლაციისთვის.
Პოლარული დათვი თმა ცხოველს ეხმარება თავიდან აიცილოს სითბოს დაკარგვა ცივ და ნოტიო კლიმატურ პირობებში ცივ არქტიკულ წრეში. პოლარული დათვის თმა ბუნებრივად ღრუა, ადამიანის თმისგან განსხვავებით ძუძუმწოვრები. თმის თითოეულ ღერს აქვს გრძელი, ცილინდრული ბირთვი, რომელიც გადის მის ცენტრში. ეს არის ღრუების ეს ფორმა და მანძილი, რომელიც პოლარული დათვის თმას აძლევს მკაფიო თეთრ ქურთუკს. ამ ღრუებს აქვთ მრავალი თვისება, როგორიცაა განსაკუთრებული სითბოს შეკავება, წყალგამძლეობა, ელასტიურობა და ა.შ., რაც მათ ძალიან კარგ თბოიზოლატორ მასალად აქცევს. ღრუ ცენტრები ზღუდავენ სითბოს მოძრაობას, ხოლო დიზაინის თვალსაზრისით თითოეულ ღეროს უკიდურესად მსუბუქს ხდის. ასევე, პოლარული დათვის თმის არადასველება ცხოველებს თბილად უნარჩუნებს, როდესაც ისინი ბანაობენ ნულამდე ტემპერატურაზე და ასევე ტენიან პირობებში. ამდენად, პოლარული დათვის თმა ძალიან კარგი მოდელია სინთეზური მასალების შესაქმნელად, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს სითბოსგან ეფექტური იზოლაცია, ისევე, როგორც პოლარული დათვის თმა ამას ბუნებრივად აკეთებს.
ახალ კვლევაში, რომელიც გამოქვეყნდა 6 ივნისს ქ Chemმეცნიერებმა შეიმუშავეს ახალი იზოლატორი, რომელიც შთაგონებულია და მიბაძავს პოლარული დათვის ცალკეული თმის მიკროსტრუქტურას და, შესაბამისად, იძენს მის ყველა უნიკალურ თვისებას. მათ შექმნეს მილიონობით სუპერ ელასტიური, მსუბუქი ჩაღრმავებული ნახშირბადის მილები, თითოეული თმის ერთი ღეროს ზომისა და დაჭრეს ისინი აეროგელის ბლოკში. დიზაინის პროცესი პირველად დაიწყო საკაბელო ჰიდროგელის დამზადებით ტელურუმის (Te) ნანომავთულებიდან, როგორც შაბლონი, რომელიც დაფარული იყო ნახშირბადის გარსით. შემდეგ მათ შექმნეს ნახშირბადის მილის აეროგელი (CTA) ამ ჰიდროგელისგან, ჯერ მისი გაშრობით და შემდეგ კალცინაციით არგონის ინერტულ ატმოსფეროში 900 °C ტემპერატურაზე, რათა ამოეღოთ Te ნანომავთულები. ეს უნიკალური დიზაინი ხდის CTA-ს შესანიშნავ თბოიზოლატორად და ასევე სუპერ ელასტიურ ხასიათს, რადგან ის აბრუნებს 1434 მმ/წმ სიჩქარით. ეს არის ყველაზე სწრაფი ყველა ჩვეულებრივი ელასტიური მასალის შედარებით. ავტორები აღნიშნავენ, რომ ის უფრო ელასტიურია ვიდრე პოლარული დათვის თმა.
ნახშირბადის მილების ღრუ სტრუქტურის გამო, მასალას აქვს შესანიშნავი თბოგამტარობა, რაც უფრო დაბალია ვიდრე მშრალი ჰაერი, რადგან მასალის შიდა დიამეტრი ნაკლებია ჰაერის თავისუფალ გზაზე. მასალამ აჩვენა ხანგრძლივობა მისი თბოგამტარობის შენარჩუნებით 3 თვის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე 56% ფარდობითი ტენიანობით შენახვის შემდეგ. CTA არის მსუბუქი, სიმკვრივით 8 კგ/მ3; მსუბუქია ვიდრე ხელმისაწვდომი თბოიზოლაციის მასალების უმეტესობა. მასზე წყალი არ მოქმედებს, რადგან არ სველდება. ასევე, CTA-ს მექანიკური სტრუქტურა შენარჩუნებულია სხვადასხვა შტამების შეკუმშვა-გამოშვების მრავალი ციკლის შემდეგაც.
მიმდინარე კვლევა აღწერს ნახშირბადის მილის ახალ აეროგელს – შთაგონებული პოლარული დათვის თმის ღრუ მილის დიზაინიდან – რომელიც მოქმედებს როგორც შესანიშნავი თბოიზოლატორი. სხვა აეროგელის საიზოლაციო მასალებთან შედარებით, ეს პოლარული დათვიდან შთაგონებული ღრუ მილის დიზაინი არის მსუბუქი წონა, უფრო მდგრადია სითბოს ნაკადის მიმართ, წყალგაუმტარი და არ იშლება მისი სიცოცხლის განმავლობაში.
გაუმჯობესებული და უფრო ეფექტური თბოიზოლაციის სისტემები დაზოგავს პირველადი ენერგიის მოხმარებას. ენერგეტიკის ახლა არის დეფიციტი ხოლო ენერგიის ხარჯები იზრდება. ენერგიის დაზოგვის ერთ-ერთი გზა არის თბოიზოლაციის გაუმჯობესება შენობა. აეროგელები უკვე აჩვენებენ დიდ დაპირებას ასეთი აპლიკაციების ფართო სპექტრისთვის. ეს კვლევა ხსნის გზებს მაღალი ხარისხის მასალის დიზაინისთვის, რომელიც არის მსუბუქი, სუპერ ელასტიური და თბოიზოლაცია შენობებში, კოსმოსურ ინდუსტრიაში, განსაკუთრებით ექსტრემალურ გარემოში. მისი ექსტრემალური გაჭიმვის უნარის გამო, მისი მიმზიდველობა გაუმჯობესებულია სხვადასხვა აპლიკაციებისთვის.
***
{შეგიძლიათ წაიკითხოთ ორიგინალური კვლევითი ნაშრომი ციტირებულ წყარო(ებ)ის სიაში ქვემოთ მოცემულ DOI ბმულზე დაწკაპუნებით}
წყარო (ებ) ი
ჟანი, ჰ და სხვ. 2019. Biomimetic Carbon Tube Airgel უზრუნველყოფს სუპერ ელასტიურობას და თბოიზოლაციას. ქიმ. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
