Теплоізоляція від природи: ведмеді та кактуси
Польські вчені розробили інноваційні полімерні матеріали, що імітують наноструктури шерсті білого ведмедя та шипів кактуса. Цей винахід обіцяє значно зменшити витрати на теплопостачання, знаходячи застосування у будівництві та навіть у військовому тепловому камуфляжі.
Ідея народилася з спостереження за природою: як шерсть ведмедя захищає від втрати тепла, а шипи кактуса – від екстремальних умов пустелі. Польська професорка Урсула Стахевич разом зі своєю командою успішно відтворила ці природні наноструктури в полімерних матеріалах. Результат – високоефективна теплоізоляція, про яку повідомляє Portal Samorzadowy.PL.
«Ми застосовуємо біоміметизм, тобто "підглядаємо" за рішеннями, розробленими тваринами чи рослинами, і відтворюємо їх, щоб вирішувати наші завдання», – пояснила Стахевич, підкреслюючи філософію свого дослідження.
Від полярного ведмедя до інноваційної ізоляції
Команда Урсули Стахевич детально вивчила мікроскопічну будову шерсті білого ведмедя, яка є порожнистою всередині. Повітряний канал у її внутрішній частині забезпечує винятковий захист від холоду. Вчені змогли створити волокна зі схожою структурою – з подвійною оболонкою та порожнистою серцевиною. Для їхнього виробництва були використані поширені в будівництві полімери: полістирол та поліуретан.
Ці дивовижні волокна мають діаметр у тисячу разів тонший за людську волосину. Хоча на вигляд і на дотик матеріал не нагадує хутро, він повністю імітує його фізичні властивості. «Наші мати дуже легкі та еластичні. Їх можна згорнути, як паперову хустинку, і пристосувати до будь-якої форми», – зазначила Стахевич. Вона додала, що матеріал на 90% складається з повітря, що робить його чудовим ізолятором завдяки високій пористості.
Мати з нановолокном у вікнах значно зменшують втрати енергії
Ефективність такого рішення була ретельно перевірена у віконних рамах. Термовізійна камера беззаперечно підтвердила: заповнення порожніх просторів рами матами з нановолокна значно зменшує втрати енергії. Це означає збереження тепла взимку та захист від спеки влітку.
Дослідники не зупиняються на досягнутому. «Природа вчить нас ще чомусь: полярні ведмеді мають чорну шкіру, яка поглинає сонячну енергію, а шар жиру діє як накопичувач тепла», – розповіла Стахевич. Команда прагне досягти подібного ефекту у матеріалах типу PCM (phase change materials) із додаванням гліколю чи шаруватого вугілля, які зможуть поглинати та вивільняти енергію залежно від температури.
Натхнення від кактуса: тонша, але ефективна ізоляція
Ще одним джерелом натхнення став кактус Cephalocereus senilis, відомий як «Кактус старого чоловіка». Його «сиве» волосся має специфічні борозенки, що розгледіли під мікроскопом. На основі цієї структури були створені волокна з полікарбонату, які ефективно утримують повітря, перешкоджаючи теплообміну.
Корисність цього матеріалу вже продемонстрована на прикладі ізоляції для труб з гарячою водою. Вона може бути значно тоншою за стандартну гуму, зберігаючи при цьому ті самі теплоізоляційні параметри.
Перспективи застосування: від "розумного" одягу до військового камуфляжу
Професорка Стахевич переконана, що розроблена електропряжа має надзвичайно широкий спектр застосувань. «Це крок у напрямку інтелектуальних текстильних виробів», – зауважила вона. Уявіть собі кофту, яка не лише адаптується до температури тіла, а й контролює рівень цукру у поті та заряджає телефон від енергії руху користувача – це вже не наукова фантастика.
Крім того, такі нитки можуть бути використані для створення теплового камуфляжу, роблячи військових менш помітними для дронів та тепловізійних камер. «Як науковці, ми проводимо фундаментальні дослідження, але вони майже відразу ж перетворюються на практичні застосування», – наголосила Стахевич. Вона підкреслила критичну потребу в промисловості, яка зможе впровадити ці інноваційні ідеї у масове виробництво.
