Kinesiska forskare förbereder isbjörnshår bioniskt värmeisoleringsmaterial

Genom att imitera strukturen av isbjörnshår förberedde ett team från Zhejiang University en ultravarm konstgjord fiber inkapslad med aerogel. Detta material är varmt, lätt och hållbart på samma gång. Den 22 december 2023 publicerades en artikel relaterad till denna prestation i den internationella tidskriften "Science".

Prestationen fullbordades av ett team av professor Bo Hao från School of Chemical Engineering and Bioengineering och docent Gao Weiwei från Institutionen för polymervetenskap och teknik vid Zhejiang University.

Bai Hao sa att isbjörnar litar på sitt supervarma hår för att anpassa sig till en miljö på minus 40 grader Celsius. De fann att isbjörnshår är en ihålig struktur som kapslar in en stor mängd "stilla" luft, och varje hårstrå har ett skal. Under ett elektronmikroskop är detta skal cirka 20 mikron tjockt, vilket motsvarar nästan en fjärdedel av hårets diameter.

Inspirerad av denna upptäckt tillbringade forskargruppen nästan 6 år med att förbereda en ny typ av "kärna-skal" strukturfiber. Fiberns centrum är en polymeraerogel, som är prickad med långa porer med en diameter på cirka 10 till 30 mikron. De små hålen är anordnade i samma riktning, som "lager" för att lagra luft. Det finns ett TPU-skal (termoplastiskt polyuretangummi) på fiberns yta för att linda in aerogelen.

"Kärnan" är ansvarig för att uppnå supervärme. Genom att reglera riktningen och storleken på de små hålen inuti fibern förväntas den "låsa" infraröd strålning och förhindra värmeförlust; "skalet" är ansvarigt för att vara starkt och hållbart, ger bra mekaniskt stöd för fibern, vilket gör den slitstark, töjbar och tvättbar, säger Bohao.

För att verifiera värmeisoleringseffekten försökte forskarna verifiera värmeisoleringseffekten av dunjackor, ylletröjor, bomullströjor och "isbjörnströjor" med samma initiala temperatur i en konstant temperatur kylförvaring på minus 20 grader Celsius. Ju mindre yttemperaturen på kläderna stiger, desto mindre värme går förlorad från människokroppen och desto bättre är klädernas termiska prestanda.

Forskarna fann att efter några minuters testning steg yttemperaturen på bomullströjan till 10,8 grader Celsius och yttemperaturen på dunjackan steg till 3,8 grader Celsius. Ytan på "isbjörnströjan", som är nära tjockleken på en ylletröja och bara en tredjedel till en femtedel av tjockleken på en dunjacka, stiger bara till 3,5 grader Celsius.

"Isbjörnshår låter oss se hur naturen tillåter "kärnan" och "skalet" att utföra sina respektive uppgifter. Kärnan i bionisk forskning är att lära av naturen hur man löser problem." Bohao sa att genom att avslöja naturens hemligheter är bionisk forskning uppdraget att upptäcka ny kunskap och skapa nya material som förbättrar människors liv, och det är också den strävan som teamet har hållit på med i många år.