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Isolamento per edifici ad alta efficienza energetica ispirato all'orso polare

Gli scienziati hanno progettato un modello ispirato alla natura carbonio materiale termoisolante in aerogel tubolare basato sulla microstruttura del pelo dell'orso polare. Questo isolante termico leggero, altamente elastico e più efficiente apre nuove strade per l’isolamento degli edifici ad alta efficienza energetica

Orso polare il pelo aiuta l'animale a prevenire la perdita di calore in condizioni climatiche fredde e umide nel gelido circolo polare artico. I peli dell'orso polare sono naturalmente cavi a differenza dei capelli umani o altro mammiferi. Ogni ciocca di capelli ha un lungo nucleo cilindrico che attraversa il suo centro. È questa forma e la spaziatura delle cavità che conferisce al pelo dell'orso polare il caratteristico mantello bianco. Queste cavità hanno molteplici proprietà come eccezionale tenuta del calore, resistenza all'acqua, elasticità ecc. che le rendono un ottimo materiale isolante termico. I centri cavi limitano il movimento del calore e, dal punto di vista del design, ogni filo è estremamente leggero. Inoltre, la natura non bagnabile del pelo dell'orso polare mantiene l'animale caldo quando nuota a temperature sotto lo zero e anche in condizioni umide. I peli di orso polare sono quindi un ottimo modello per la progettazione di materiali sintetici in grado di fornire un isolamento efficiente dal calore, proprio come fanno naturalmente i peli di orso polare.

In un nuovo studio pubblicato il 6 giugno in Chem, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo isolante prendendo ispirazione e imitando la microstruttura dei singoli peli di orso polare e quindi acquisendo tutte le sue proprietà uniche. Hanno fabbricato milioni di tubi di carbonio scavati super elastici e leggeri, ciascuno delle dimensioni di una singola ciocca di capelli e li hanno avvolti in un blocco di aerogel. Il processo di progettazione è iniziato con la realizzazione di un cavo idrogel da nanofili di tellurio (Te) come modello che è stato rivestito con un guscio di carbonio. Quindi hanno fabbricato un aerogel a tubo di carbonio (CTA) da questo idrogel prima asciugandolo e poi calcinandolo in un'atmosfera inerte di argon a 900 ° C per rimuovere i nanofili di Te. Questo design unico rende CTA un eccellente isolante termico e anche di natura super elastica in quanto rimbalza alla velocità di 1434 mm/s. Questo è il più veloce in assoluto rispetto a tutti i materiali elastici convenzionali. Gli autori sottolineano che è ancora più elastico dei capelli dell'orso polare.

A causa della struttura cava dei tubi in carbonio, il materiale mostra un'eccellente conduttività termica che è inferiore a quella dell'aria secca poiché il diametro interno del materiale è inferiore a quello del percorso libero dell'aria. Il materiale ha mostrato longevità mantenendo la sua conduttività termica dopo essere stato conservato per 3 mesi a temperatura ambiente con il 56% di umidità relativa. Il CTA è leggero con densità di 8 kg/m3; più leggero della maggior parte dei materiali isolanti termici disponibili. Non viene intaccato dall'acqua in quanto non è bagnabile. Inoltre, la struttura meccanica del CTA viene mantenuta anche dopo numerosi cicli di rilascio di compresse a diversi ceppi.

L'attuale studio descrive un nuovo aerogel a tubo di carbonio, ispirato al design del tubo cavo del pelo dell'orso polare, che funge da eccellente isolante termico. Rispetto ad altri materiali isolanti in aerogel disponibili, questo design a tubo cavo ispirato all'orso polare è leggero, più resistente al flusso di calore, impermeabile e non si degrada nel corso della sua vita.

Sistemi di isolamento termico migliorati e più efficienti promettono di conservare il consumo di energia primaria. Energia ora scarseggia mentre energia i costi stanno aumentando. Uno dei modi per risparmiare energia è migliorare l’isolamento termico edifici. Gli aerogel stanno già mostrando grandi promesse per un'ampia varietà di tali applicazioni. Questo studio apre nuove strade alla progettazione di materiali ad alte prestazioni che siano leggeri, super elastici e termicamente isolanti per applicazioni negli edifici, nell'industria aerospaziale, specialmente in ambienti estremi. A causa della sua estrema capacità di allungamento, il suo fascino è migliorato per varie applicazioni.

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{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

Zhan, H et al. 2019. L'aerogel biomimetico del tubo del carbonio consente la super-elasticità e l'isolamento termico. chimica. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025

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