Китайские учёные подготовили бионический теплоизоляционный материал из шерсти белого медведя

Имитируя структуру волос белого медведя, команда из Чжэцзянского университета создала сверхтеплое искусственное волокно, инкапсулированное аэрогелем. Этот материал одновременно теплый, легкий и прочный. 22 декабря 2023 года статья об этом достижении была опубликована в международном журнале «Наука».

Это достижение было достигнуто командой профессора Бо Хао из Школы химической инженерии и биоинженерии и доцента Гао Вэйвэя с факультета полимерных наук и инженерии Чжэцзянского университета.

Бай Хао сказал, что белые медведи полагаются на свою очень теплую шерсть, чтобы адаптироваться к температуре минус 40 градусов по Цельсию. Они обнаружили, что волосы белого медведя представляют собой полую структуру, содержащую большое количество «неподвижного» воздуха, и каждый волос имеет оболочку. Под электронным микроскопом толщина этой оболочки составляет около 20 микрон, что составляет почти четверть диаметра волоса.

Вдохновленная этим открытием, исследовательская группа потратила почти 6 лет на подготовку нового типа структурного волокна «сердцевина-оболочка». Центр волокна представляет собой полимерный аэрогель, усеянный длинными порами диаметром примерно от 10 до 30 микрон. Небольшие отверстия расположены в одном направлении, как «склады» для хранения воздуха. На поверхности волокна имеется оболочка из ТПУ (термопластичной полиуретановой резины), внутри которой находится аэрогель.

«Сердцевина» отвечает за достижение сверхтепла. Регулируя направление и размер маленьких отверстий внутри волокна, ожидается, что оно «запирает» инфракрасное излучение и предотвращает потерю тепла; «оболочка» отвечает за прочность и прочный, обеспечивающий хорошую механическую поддержку волокна, что делает его износостойким, устойчивым к растяжению и пригодным для стирки», — сказал Бохао.

Чтобы проверить теплоизоляционный эффект, исследователи попытались проверить теплоизоляционный эффект пуховиков, шерстяных свитеров, хлопчатобумажных свитеров и «свитеров с белым медведем» с одинаковой начальной температурой в холодильном хранилище с постоянной температурой минус 20 градусов по Цельсию. Чем меньше повышается температура поверхности одежды, тем меньше тепла теряется телом человека и тем лучше тепловые характеристики одежды.

Исследователи обнаружили, что после нескольких минут тестирования температура поверхности хлопкового свитера выросла до 10,8 градусов Цельсия, а температура поверхности пуховика — до 3,8 градусов Цельсия. Поверхность «свитера белого медведя», близкая к толщине шерстяного свитера и составляющая от одной трети до одной пятой толщины пуховика, нагревается всего до 3,5 градусов Цельсия.

«Волосы белого медведя позволяют нам увидеть, как природа позволяет «ядру» и «оболочке» выполнять свои обязанности. Суть бионических исследований заключается в том, чтобы научиться у природы решать проблемы». Бохао сказал, что раскрытие тайн природы, открытие новых знаний и создание новых материалов, улучшающих жизнь людей, является миссией бионических исследований, а также стремлением, которого команда упорно добивается на протяжении многих лет.