新型仿生隔热材料结构类似北极熊毛发
科技日报合肥6月9日电 (采访人员吴长锋)采访人员从中国科技大学获悉 , 该校化学系俞书宏教授课题组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 。 研究成果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 。 ” 俞书宏说 。
与人类或其它哺乳动物的毛发不同 , 北极熊的毛发是中空的 , 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 , 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 。 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 , 他们模拟了数百万根中空碳管 , 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 。
研究人员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 。
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 。 并探索其在航空航天领域等极端条件下的应用 。
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