वैज्ञानिकहरूले प्रकृति-प्रेरित डिजाइन गरेका छन् कार्बन ध्रुवीय भालुको कपालको माइक्रोस्ट्रक्चरमा आधारित ट्यूब एयरजेल थर्मल इन्सुलेट सामग्री। यो हल्का, अत्यधिक लोचदार र अधिक कुशल ताप इन्सुलेटरले ऊर्जा-कुशल भवन इन्सुलेशनको लागि नयाँ बाटोहरू खोल्छ।
ध्रुवीय भालु चिसो आर्कटिक सर्कलमा चिसो र आर्द्र मौसममा गर्मी हानि रोक्न कपालले जनावरलाई मद्दत गर्दछ। ध्रुवीय भालुको कपाल प्राकृतिक रूपमा मानिसको कपाल वा अन्य भन्दा फरक हुन्छ स्तनपान। प्रत्येक कपाल स्ट्र्यान्डको बीचमा लामो, बेलनाकार कोर हुन्छ। यो गुफाको आकार र दूरी हो जसले ध्रुवीय भालुको कपाललाई छुट्टै सेतो कोट दिन्छ। यी गुहाहरूमा असाधारण ताप-धारण, पानी प्रतिरोध, लोच आदि जस्ता धेरै गुणहरू छन् जसले तिनीहरूलाई धेरै राम्रो थर्मल इन्सुलेटर सामग्री बनाउँछ। खोक्रो केन्द्रहरूले तातोको आवागमनलाई प्रतिबन्धित गर्दछ जबकि डिजाइन अनुसार प्रत्येक स्ट्र्यान्डलाई अत्यन्त हल्का बनाउँदछ। साथै, ध्रुवीय भालुको कपाल भिजाउन नसक्ने प्रकृतिले जनावरहरूलाई न्यानो राख्छ जब तिनीहरू उप-शून्य तापक्रममा र आर्द्र अवस्थाहरूमा पौडी खेल्छन्। यसरी ध्रुवीय भालुको कपाल सिंथेटिक सामग्रीहरू डिजाइन गर्नको लागि धेरै राम्रो मोडेल हो जसले ध्रुवीय भालुको कपालले प्राकृतिक रूपमा जस्तै गर्मीबाट प्रभावकारी इन्सुलेशन प्रदान गर्न सक्छ।
जुन ६ मा प्रकाशित नयाँ अध्ययनमा रसायन, वैज्ञानिकहरूले व्यक्तिगत ध्रुवीय भालुको कपालको सूक्ष्म संरचनाबाट प्रेरणा लिएर र नक्कल गर्ने र यसका सबै अद्वितीय गुणहरू प्राप्त गर्ने उपन्यास इन्सुलेटरको विकास गरेका छन्। तिनीहरूले लाखौं सुपर लोचदार, हल्का तौलको खोक्रो-आउट कार्बन ट्यूबहरू बनाए, प्रत्येक एकल कपालको स्ट्र्यान्डको आकारको र तिनीहरूलाई एयरजेल ब्लकमा घाउ गरे। डिजाईन प्रक्रिया पहिलो पटक टेलुरियम (Te) nanowires बाट केबल हाइड्रोजेल बनाउन को लागी एक टेम्प्लेट को रूप मा एक कार्बन शेल को साथ लेपित संग शुरू भयो। त्यसपछि तिनीहरूले यस हाइड्रोजेलबाट कार्बन ट्युब एयरजेल (CTA) बनाएर पहिले यसलाई सुकाएर र त्यसपछि Te nanowires हटाउनको लागि 900 °C मा आर्गन इनर्ट वातावरणमा क्यालसिनिङ गरे। यो अनौठो डिजाइनले CTA लाई उत्कृष्ट थर्मल इन्सुलेटर र प्रकृतिमा अति लोचदार बनाउँछ किनभने यो 1434 mm/s को गतिमा रिबाउन्ड हुन्छ। यो सबै परम्परागत लोचदार सामग्रीको तुलनामा सबैभन्दा छिटो हो। लेखकहरूले औंल्याए कि यो ध्रुवीय भालुको कपाल भन्दा पनि धेरै लोचदार छ।
कार्बन ट्यूबको खोक्रो संरचनाको कारण, सामग्रीले उत्कृष्ट थर्मल चालकता प्रदर्शन गर्दछ जुन सुख्खा हावा भन्दा कम छ किनभने सामग्रीको भित्री व्यास हावाको मुक्त मार्ग भन्दा कम छ। 3% सापेक्षिक आर्द्रताको साथ कोठाको तापक्रममा 56 महिना भण्डारण गरिसकेपछि सामग्रीले यसको थर्मल चालकता कायम गरेर दीर्घायु देखायो। CTA 8 kg/m3 को घनत्व संग हल्का छ; उपलब्ध थर्मल इन्सुलेटर सामाग्री को बहुमत भन्दा हल्का। भिजाउन नसक्ने भएकाले यसलाई पानीले असर गर्दैन। साथै, CTA को मेकानिकल ढाँचा विभिन्न स्ट्रेनहरूमा असंख्य कम्प्रेस-रिलीज चक्रहरू पछि पनि कायम राखिएको छ।
हालको अध्ययनले नयाँ कार्बन ट्यूब एयरजेलको वर्णन गर्दछ - ध्रुवीय भालुको कपालको खोक्रो ट्यूब डिजाइनबाट प्रेरित - जसले उत्कृष्ट थर्मल इन्सुलेटरको रूपमा काम गर्दछ। उपलब्ध अन्य एयरजेल इन्सुलेशन सामग्रीको तुलनामा, यो ध्रुवीय भालु प्रेरित होलो-ट्युब डिजाइन तौलमा हल्का, तातो प्रवाहमा बढी प्रतिरोधी, वाटरप्रूफ र जीवनकालमा खस्किँदैन।
सुधारिएको र अधिक कुशल थर्मल इन्सुलेशन प्रणालीहरूले प्राथमिक ऊर्जा खपतको संरक्षणको लागि वाचा राख्छ। ऊर्जा अहिले आपूर्ति अभावमा छ ऊर्जा लागत बढ्दै गएको छ। ऊर्जा संरक्षण गर्ने तरिकाहरू मध्ये एक थर्मल इन्सुलेशन सुधार गर्न हो भवनहरू। एरोजेलहरूले पहिले नै त्यस्ता अनुप्रयोगहरूको विस्तृत विविधताका लागि उत्कृष्ट प्रतिज्ञा देखाउँदै छन्। यस अध्ययनले उच्च कार्यसम्पादन सामग्री डिजाइन गर्नका लागि अवसरहरू खोल्छ जुन हल्का तौल, अति लोचदार र भवनहरू, एयरोस्पेस उद्योगहरूमा विशेष गरी चरम वातावरणमा अनुप्रयोगहरूको लागि थर्मल इन्सुलेट हुन्छ। यसको चरम स्ट्रेच क्षमताको कारण, यसको अपील विभिन्न अनुप्रयोगहरूको लागि बढाइएको छ।
***
{तपाइँले उद्धृत स्रोत(हरू) को सूचीमा दिइएको DOI लिङ्कमा क्लिक गरेर मूल अनुसन्धान पत्र पढ्न सक्नुहुन्छ}
स्रोत (हरू)
Zhan, H et al। 2019. बायोमिमेटिक कार्बन ट्यूब एयरजेलले सुपर लोच र थर्मल इन्सुलेशन सक्षम गर्दछ। रसायन। http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
