Čínští vědci připravují bionický tepelně izolační materiál z vlasů ledních medvědů

Napodobením struktury vlasů ledních medvědů připravil tým z Zhejiang University ultra teplé umělé vlákno zapouzdřené aerogelem. Tento materiál je teplý, lehký a zároveň odolný. Dne 22. prosince 2023 byl v mezinárodním časopise „Science“ publikován článek související s tímto úspěchem.

Úspěch dokončil tým profesora Bo Hao ze School of Chemical Engineering and Bioengineering a docent Gao Weiwei z Katedry vědy a inženýrství polymerů na Zhejiang University.

Bai Hao řekl, že lední medvědi spoléhají na to, že jejich super teplé vlasy se přizpůsobí prostředí minus 40 stupňů Celsia. Zjistili, že vlasy ledního medvěda jsou dutou strukturou, která zapouzdřuje velké množství „nehybného“ vzduchu a každý vlas má skořápku. Pod elektronovým mikroskopem je tato slupka silná asi 20 mikronů, což představuje téměř čtvrtinu průměru vlasu.

Výzkumný tým inspirovaný tímto objevem strávil téměř 6 let přípravou nového typu strukturálního vlákna „core-shell“. Střed vlákna tvoří polymerní aerogel, který je posetý dlouhými póry o průměru asi 10 až 30 mikronů. Malé otvory jsou uspořádány ve stejném směru jako "sklady" pro skladování vzduchu. Na povrchu vlákna je TPU (termoplastická polyuretanová pryž) skořepina pro obalení aerogelu uvnitř.

"Jádro" je zodpovědné za dosažení super tepla. Regulací směru a velikosti malých otvorů uvnitř vlákna se očekává, že "uzamkne" infračervené záření a zabrání tepelným ztrátám; "shell" je zodpovědný za to, že je silný a odolný, poskytuje vláknu dobrou mechanickou podporu, takže je odolný proti opotřebení, odolný proti roztahování a omyvatelný,“ řekl Bohao.

Za účelem ověření tepelně izolačního účinku se vědci pokusili ověřit tepelně izolační účinek péřových bund, vlněných svetrů, bavlněných svetrů a „svetrů ledních medvědů“ se stejnou počáteční teplotou v chladírně s konstantní teplotou minus 20 stupňů Celsia. Čím méně stoupá povrchová teplota oblečení, tím méně tepla se z lidského těla ztrácí a tím lepší je tepelný výkon oblečení.

Vědci zjistili, že po pár minutách testování vzrostla povrchová teplota bavlněného svetru na 10,8 stupně Celsia a povrchová teplota péřové bundy na 3,8 stupně Celsia. Povrch "světru ledního medvěda", který se tloušťkou vlněného svetru blíží pouze jedné třetině až pětině tloušťky péřové bundy, stoupá pouze na 3,5 stupně Celsia.

"Vlasy ledních medvědů nám umožňují vidět, jak příroda umožňuje 'jádru' a 'skořápce' plnit své příslušné povinnosti. Podstatou bionického výzkumu je učit se od přírody, jak řešit problémy." Bohao řekl, že odhalením tajemství přírody je posláním bionického výzkumu objevování nových znalostí a vytváření nových materiálů, které zlepšují životy lidí, a je to také úsilí, na kterém tým vytrval po mnoho let.