Čínski vedci pripravujú bionický termoizolačný materiál z vlasov ľadových medveďov

Napodobením štruktúry vlasov ľadového medveďa pripravil tím z univerzity Zhejiang ultra teplé umelé vlákno zapuzdrené aerogélom. Tento materiál je teplý, ľahký a zároveň odolný. Dňa 22. decembra 2023 bol v medzinárodnom časopise „Science“ uverejnený článok súvisiaci s týmto úspechom.

Úspech zavŕšil tím profesora Bo Hao zo Školy chemického inžinierstva a bioinžinierstva a docent Gao Weiwei z Katedry vedy a inžinierstva polymérov na Zhejiang University.

Bai Hao povedal, že ľadové medvede sa spoliehajú na svoje super teplé vlasy, aby sa prispôsobili prostrediu mínus 40 stupňov Celzia. Zistili, že vlasy ľadového medveďa sú dutou štruktúrou, v ktorej je zapuzdrené veľké množstvo „nehybného“ vzduchu a každý vlas má škrupinu. Pod elektrónovým mikroskopom má táto škrupina hrúbku asi 20 mikrónov, čo predstavuje takmer štvrtinu priemeru vlasu.

Inšpirovaný týmto objavom, výskumný tím strávil takmer 6 rokov prípravou nového typu "core-shell" štruktúrneho vlákna. Stred vlákna tvorí polymérny aerogél, ktorý je posiaty dlhými pórmi s priemerom asi 10 až 30 mikrónov. Malé otvory sú usporiadané v rovnakom smere, ako "sklady" na skladovanie vzduchu. Na povrchu vlákna je škrupina z TPU (termoplastická polyuretánová guma), ktorá obalí aerogél vo vnútri.

"Jadro" je zodpovedné za dosiahnutie super tepla. Reguláciou smeru a veľkosti malých otvorov vo vnútri vlákna sa očakáva, že "uzamkne" infračervené žiarenie a zabráni tepelným stratám; "škrupina" je zodpovedná za to, že je pevná a odolný, poskytuje vláknu dobrú mechanickú podporu, vďaka čomu je odolný voči opotrebovaniu, roztiahnutiu a umývateľný,“ povedal Bohao.

Aby sa overil tepelnoizolačný efekt, výskumníci sa pokúsili overiť tepelnoizolačný efekt páperových búnd, vlnených svetrov, bavlnených svetrov a „svetrov ľadových medveďov“ s rovnakou počiatočnou teplotou v chladiarenskom sklade s konštantnou teplotou mínus 20 stupňov Celzia. Čím menej stúpa povrchová teplota oblečenia, tým menej tepla sa stráca z ľudského tela a tým lepšie je tepelný výkon oblečenia.

Vedci zistili, že po niekoľkých minútach testovania stúpla povrchová teplota bavlneného svetra na 10,8 stupňa Celzia a povrchová teplota páperovej bundy na 3,8 stupňa Celzia. Povrch „svetra ľadového medveďa“, ktorý sa približuje hrúbke vlneného svetra a len tretine až pätine hrúbky páperovej bundy, stúpne len na 3,5 stupňa Celzia.

"Vlasy ľadových medveďov nám umožňujú vidieť, ako príroda umožňuje 'jadru' a 'škrupine' plniť si svoje povinnosti. Podstatou bionického výskumu je učiť sa od prírody, ako riešiť problémy." Bohao povedal, že odhaľovaním tajomstiev prírody, objavovaním nových poznatkov a vytváraním nových materiálov, ktoré zlepšujú životy ľudí, je poslaním bionického výskumu a je to aj snaha, na ktorej tím zotrvával už mnoho rokov.