Cientistas criaram um projeto inspirado na natureza carbono material isolante térmico de aerogel em tubo baseado na microestrutura do cabelo do urso polar. Este isolador térmico leve, altamente elástico e mais eficiente abre novos caminhos para o isolamento de edifícios com eficiência energética
Urso polar o cabelo ajuda o animal a prevenir a perda de calor em condições climáticas frias e úmidas no gelado Círculo Ártico. O cabelo do urso polar é naturalmente oco, ao contrário do cabelo humano ou de outros mamíferos. Cada fio de cabelo tem um núcleo longo e cilíndrico que passa por seu centro. É esse formato e espaçamento das cavidades que conferem ao pêlo do urso polar a distinta pelagem branca. Essas cavidades têm inúmeras propriedades, como excepcional retenção de calor, resistência à água, elasticidade, etc., o que as torna um material isolante térmico muito bom. Os centros ocos restringem o movimento do calor, ao mesmo tempo que tornam cada fio extremamente leve. Além disso, a natureza não molhável do pêlo do urso polar mantém o animal aquecido quando nada em temperaturas abaixo de zero e também em condições úmidas. O pêlo do urso polar é, portanto, um modelo muito bom para a concepção de materiais sintéticos que podem fornecer um isolamento eficiente do calor, tal como o pêlo do urso polar o faz naturalmente.
Em um novo estudo publicado em 6 de junho em Chem, os cientistas desenvolveram um novo isolante inspirando-se e imitando a microestrutura dos pelos individuais dos ursos polares e, portanto, adquirindo todas as suas propriedades exclusivas. Eles fabricaram milhões de tubos de carbono ocos superelásticos e leves, cada um do tamanho de um único fio de cabelo, e os enrolaram em um bloco de aerogel. O processo de design começou com a fabricação de hidrogel de cabo de nanofios de telúrio (Te) como um modelo revestido com uma casca de carbono. Em seguida, eles fabricaram um aerogel de tubo de carbono (CTA) a partir desse hidrogel, primeiro secando-o e depois calcinando-o em uma atmosfera inerte de argônio a 900 ° C para remover os nanofios de Te. Este design exclusivo torna o CTA um excelente isolante térmico e também superelástico por natureza, pois se recupera a uma velocidade de 1434 mm / s. Este é o mais rápido de todos os tempos em comparação com todos os materiais elásticos convencionais. Os autores ressaltam que é ainda mais elástico que o cabelo do urso polar.
Devido à estrutura oca dos tubos de carbono, o material exibe excelente condutividade térmica, que é menor do que a do ar seco, devido ao diâmetro interno do material ser menor do que o da passagem livre do ar. O material apresentou longevidade por manter sua condutividade térmica após ser armazenado por 3 meses em temperatura ambiente com umidade relativa de 56%. O CTA é leve com densidade de 8 kg / m3; mais leve do que a maioria dos materiais isolantes térmicos disponíveis. Não é afetado pela água porque não é molhável. Além disso, a estrutura mecânica do CTA é mantida mesmo após vários ciclos de liberação de compressa em diferentes cepas.
O estudo atual descreve um novo aerogel de tubo de carbono - inspirado no design de tubo oco do cabelo de urso polar - que atua como um excelente isolante térmico. Em comparação com outros materiais de isolamento de aerogel disponíveis, este design de tubo oco inspirado em urso polar é leve, mais resistente ao fluxo de calor, à prova d'água e não se degrada ao longo de sua vida útil.
Sistemas de isolamento térmico melhorados e mais eficientes são promissores para a conservação do consumo de energia primária. Energia agora está em falta enquanto energia os custos estão aumentando. Uma das maneiras de conservar energia é melhorar o isolamento térmico dos edifícios. Os aerogéis já estão se mostrando uma grande promessa para uma ampla variedade de tais aplicações. Este estudo abre caminhos para projetar materiais de alto desempenho que são leves, superelásticos e termicamente isolantes para aplicações em edifícios, indústria aeroespacial, especialmente em ambientes extremos. Devido à sua extrema capacidade de alongamento, seu apelo é aprimorado para várias aplicações.
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{Você pode ler o artigo de pesquisa original clicando no link DOI fornecido abaixo na lista de fontes citadas}
Fontes)
Zhan, H et al. 2019. Aerogel em tubo de carbono biomimético permite superelasticidade e isolamento térmico. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
