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【合肥在線】靈感來自北極熊毛發 中科大團隊研制新型保溫材料

時間:2019-06-11 08:41:21 來源:合肥在線

  合肥在線訊(范瓊 記者 莢妤)隨著科技的進步和新能源的不斷開發,各種新型材料也層出不窮。由脂肪和毛皮構成的保溫層,使北極熊在嚴寒的北極得以生存。在工程師眼中,北極熊的毛發是理想的隔熱材料,它可以像天然材料一樣鎖住熱量。6月10日,記者從中國科大了解到,中國科學家已經研制出這樣一種保溫材料,仿照單根北極熊毛發的中空結構,并將其擴展到由許多毛發組成的塊體材料上,該項研究可能在未來建筑和航空航天領域得到廣泛應用。該成果于6月6日發表在細胞出版社旗下期刊《化學》上。


  “北極熊的毛發經過進化完善,使其具有在寒冷潮濕的環境中保溫的效果,這使它成為合成保溫材料的理想模型。通過組裝人工合成的碳管纖維,我們可以設計出一種具有彈性的輕質材料,這種材料在使用期限內不會明顯老化,而且能吸收熱量。” 論文通訊作者、中國科學技術大學化學系教授俞書宏說。


  很多人都以為北極熊的毛是白色的,但實際上北極熊的毛是透明的,光在內部發生反射 ,引起發光,看起來像白色。與人類或其他哺乳動物的毛發不同,北極熊的毛發是中空的。在顯微鏡下放大后,每一根毛發都存在空腔結構。這些空腔的形狀和間距形成了它們獨特的白色外殼。同時,這也賦予了它們顯著的保溫性和疏水性,適宜人工隔熱材料效仿。

            

  “中空的內核限制了熱對流,中空結構同樣也使單根毛發變得輕質,這是材料科學中最突出的優勢之一,”中國科技大學副教授劉建偉說。為了模擬這種結構,他們與中國科技大學近代力學系倪勇教授團隊合作,模擬數百萬根中空碳管,每根碳管相當于一根北極熊毛發,并將它們纏繞成像通心粉一樣的氣凝膠。  


  與其他氣凝膠和保溫材料相比,他們發現受北極熊毛發啟發仿生制備的空心管表現出輕質、隔熱,也幾乎不受水的影響——這是一個使北極熊既能在游泳時保持溫暖,又能在潮濕條件下保持絕緣性的便利功能。另一個好處是,這種新材料與北極熊的毛發相比具有超彈性,這就進一步提高了其在工程方面的適用性。


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  課題組模仿北極熊毛發制備的空心結構碳管。其構筑的碳管氣凝膠能制成超彈性隔熱材料。(圖:詹慧娟)


  研究人員聚焦于這種材料的相關工業用途,下一步準備將目前這種保溫材料的生產從厘米尺度擴大到米級尺度。俞書宏表示,“由于實驗室設備的限制,我們合成的碳管材料目前尚未能宏量制備,但我們預期將能夠實現該材料的量產,并探索其在航空航天領域等極端條件下的應用”。


  合肥在線 2019-06-10

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


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