新型仿生隔热材料结构类似北极熊毛发


  

     记者从中国科技大学获悉,该校化学系俞书宏教授课题组仿照单根北极熊毛发的中空结构,并将其扩展到由许多毛发组成的块体材料上。研究成果6月6日发表在细胞出版社旗下期刊《化学》上。

  “北极熊的毛发经过进化完善,使其具有在寒冷潮湿的环境中保温的效果,这使它成为合成保温材料的理想模型。通过组装人工合成的碳管纤维,我们可以设计出一种具有弹性的轻质材料,这种材料在使用期限内不会明显老化,而且能吸收热量。”俞书宏说。

  与人类或其它哺乳动物的毛发不同,北极熊的毛发是中空的,每一根毛发都存在空腔结构。这些空腔的形状和间距形成了它们独特的白色外壳,实际上北极熊的毛是透明的,光在内部发生反射,引起发光,看起来像白色。同时,这也赋予了它们显著的保温性和疏水性,适宜人工隔热材料效仿。

  “中空的内核限制了热对流,中空结构同样也使单根毛发变得轻质,这是材料科学中最突出的优势之一,”中国科技大学副教授刘建伟说,他们模拟了数百万根中空碳管,每根碳管相当于一根北极熊毛发,并将它们缠绕成像通心粉一样的气凝胶。

  研究人员发现受北极熊毛发启发仿生制备的空心管表现出轻质、隔热,也几乎不受水的影响——这是一个使北极熊既能在游泳时保持温暖,又能在潮湿条件下保持绝缘性的便利功能。另一个好处是,这种新材料与北极熊的毛发相比具有超弹性,这就进一步提高了其在工程方面的适用性。

  研究人员聚焦于这种材料的相关工业用途,下一步准备将目前这种保温材料的生产从厘米尺度扩大到米级尺度。并探索其在航空航天领域等极端条件下的应用。