靈感來自北極熊毛髮 我國科學家製備仿生隔熱材料
2019年06月08日10:39

原標題:靈感來自北極熊毛髮 我國科學家製備仿生隔熱材料

新民晚報訊(記者 郜陽)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,北極熊的毛髮是理想的隔熱材料。記者從中國科學技術大學獲悉,我國科學家如今已經研製出這樣一種保溫材料——仿照單根北極熊毛髮的中空結構,並將其擴展到由許多毛髮組成的塊體材料上,該項研究可能在未來建築和航空航天領域得到廣泛應用。

該校化學系教授俞書宏介紹,北極熊的毛髮經過進化完善,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,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。

圖說:北極熊在水下納涼 新民晚報記者陳夢澤 攝

與人類或其他哺乳動物的毛髮不同,北極熊的毛髮是中空的。在顯微鏡下放大後,每一根毛髮都存在空腔結構。這些空腔的形狀和間距形成了它們獨特的白色外表。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。

“中空的內核限製了熱對流,中空結構同樣也使單根毛髮變得輕質,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,每根碳管相當於一根北極熊毛髮,並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髮啟發仿生製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髮相比具有超彈性,這就進一步提高了其在工程方面的適用性。

研究人員聚焦於這種材料的相關工業用途,下一步準備將這種保溫材料的生產從釐米尺度擴大到米級尺度。“由於實驗室設備的限製,我們合成的碳管材料目前尚未能宏量製備,但我們預期將能夠實現該材料的量產,並探索其在航空航天領域等極端條件下的應用。”俞書宏說。

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