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中国科大以北极熊毛发为灵感仿生制备隔热材料

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新安晚报 澳门美高梅注册网 大皖客户端讯 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。如今,中国科大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。

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论文通讯作者、中国科学技术大学化学系教授俞书宏说:“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。”            

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(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。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。

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。俞教授表示,“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”。

新安晚报 澳门美高梅注册网 大皖客户端记者陈牧

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。/图片版权:詹慧娟

责任编辑:陶娜
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文章关键词: 保温 北极熊 隔热
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