ساخت پارچه‌ای فوق سبک و عایق با الهام از خرس قطبی
دانشمندان چینی با الهام از خرس‌های قطبی موفق به ابداع پارچه‌ای فوق سبک با میزان عایق بودن بالا شده‌اند.
به گزارش آی‌ای، دانشمندان دانشگاه ججیانگ(Zhejiang) چین الیافی انقلابی ایجاد کرده‌اند که می‌تواند صنعت نساجی را متحول کند. این تیم به رهبری دانشیار گائو ویوی و پروفسور بای هائو، برای غلبه بر محدودیت‌های هواژل از طبیعت الهام گرفتند.
هواژل یک ماده تولیدی است که کمترین چگالی را در میان مواد جامد دارد. این ماده از یک ژل به دست می‌آید که در آن، قسمت مایع ژل با گاز جایگزین می‌شود. نتیجه‌ی این فرآیند، ماده‌ای جامد با چگالی بسیار کم و در عین حال، ویژگی قابل توجه در زمینه عایق گرمایی است.
پژوهشگران این مطالعه با خود گفتند برای الهام گرفتن چه حیوانی بهتر از خرس قطبی برای غلبه بر محدودیت‌های سبک‌ترین ماده جامد جهان که عایق حرارتی فوق العاده‌ای هم باشد؟
هواژل سنتی اگرچه به طور گسترده در صنعت هوافضا استفاده می‌شود، اما تا حدی به دلیل شکنندگی و پردازش دشوار آن در سایر زمینه‌ها کاربرد کمی پیدا کرده است. الیاف هواژل علاوه بر عدم استحکام و انعطاف مورد نیاز برای شکل دادن به صورت نوعی منسوجات کاربردی، قابل شستشو نیز نیستند و به سرعت قابلیت عایق حرارتی خود را در محیط‌های مرطوب از دست می‌دهند.
با این حال، بسیاری از حیوانات به گونه‌ای تکامل یافته‌اند که خزهای ویژه‌ای دارند که سالها آنها را از زندگی در محیط‌های بسیار سرد محافظت می‌کند و آنها را گرم و خشک نگه می‌دارد.
این تیم تحقیقاتی یک فیبر هواژل محصور شده(EAF) با ساختار پوسته-هسته، شبیه به موهای خرس قطبی طراحی کردند که عملکرد و دوام آن را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
کشف اسرار طبیعت برای تولید الیاف پیشرفته
خرس‌های قطبی دارای موهایی با ساختار پوسته-هسته‌ای منحصر به فرد هستند که به عنوان طرح اولیه نوآوری پژوهشگران چینی عمل کرده است. هسته متخلخل محصور شده در یک پوسته متراکم موی خرس قطبی، یک عایق حرارتی استثنایی را در عین حفظ استحکام و انعطاف پذیری فراهم می‌کند، ویژگی‌هایی که برای گرم و خشک نگه داشتن خز در محیط‌های بسیار سرد ضروری است.
این تیم با تقلید از این ساختار، یک الیاف پلیمری هواژل قوی با منافذ لایه‌ای ایجاد کرد و آن را درون یک لایه لاستیکی نازک و قابل کشش قرار داد. این کار به EAF اجازه می‌دهد تا خم شود و پیچ بخورد و بر محدودیت شکنندگی هواژل سنتی سیلیسی غلبه کند.
پروفسور بای هائو در گفتگو با رسانه ساوث چاینا مورنینگ پست گفت: الیاف ما با وجود تخلخل داخلی بالای ۹۰ درصدی، تا ۱۰۰۰ درصد قابل کشش است و به طور قابل توجهی بهتر از الیاف هواژل سنتی که حدود دو درصد انعطاف دارند، عمل می‌کند.
کاربرد از ژاکت تا لباس فضایی
کاربردهای عملی EAF گسترده است. پژوهشگران امکان استفاده از آن را در بافتن یک بلوز عایق حرارتی قابل مقایسه با یک ژاکت معمولی اما تنها با یک پنجم ضخامت نشان دادند.
در آزمایشی که در محیط منفی ۲۰ درجه سانتیگرادی انجام شد، ماده EAF قابلیت‌های برتر عایق بودن خود را به نمایش گذاشت و در حفظ دمای سطح، عملکرد بهتری از پارچه، پشم و پنبه داشت.
علاوه بر این، الیاف EAF قابل شستشو و رنگرزی است و برای استفاده روزمره در منسوجات مناسب است. این یک پیشرفت قابل توجه نسبت به هواژل سنتی سیلیسی است که خواص عایق حرارتی خود را در محیط‌های مرطوب از دست می‌دهد.
پژوهشگران تاکید کردند که EAF خواص خود را حتی پس از طی کردن ۱۰ هزار چرخه کشش حفظ می‌کند که نشان دهنده پتانسیل آن برای استفاده چند منظوره فراتر از منسوجات عایق حرارتی است.
در حالی که پتانسیل بسیار زیادی برای استفاده از این الیاف نوین در کاربردهای غیرنظامی وجود دارد، پروفسور ژانگ شیوتونگ از موسسه فناوری نانو و نانوبیونیک سوژو، چالش‌های تولید انبوه آن را متذکر می‌شود.
وی با اشاره به کاربرد بالقوه آن در زمینه‌هایی مانند تولید لباس‌های نظامی و لباس‌های فضایی در محیط‌های بسیار سرد گفت: چالش‌هایی در مورد چگونگی توسعه این فناوری و فرآیندهایی که برای تولید انبوه آن ضروری هستند، وجود دارد.
یافته‌های این تیم در مجله ساینس(Science) منتشر شده است.
