Los científicos han diseñado un material aislante térmico de aerogel de tubo de carbono inspirado en la naturaleza basado en la microestructura del pelo de oso polar. Este aislante térmico liviano, altamente elástico y más eficiente abre nuevas vías para el aislamiento de edificios energéticamente eficiente.
Oso polar el pelo ayuda al animal a prevenir la pérdida de calor en condiciones climáticas frías y húmedas en el gélido círculo polar ártico. El pelo del oso polar es naturalmente hueco a diferencia del cabello humano u otros mamíferos. Cada mechón de cabello tiene un núcleo largo y cilíndrico que atraviesa su centro. Es esta forma y el espaciamiento de las cavidades lo que le da al pelo de oso polar el distintivo pelaje blanco. Estas cavidades tienen multitud de propiedades como retención de calor excepcional, resistencia al agua, elasticidad, etc., lo que las convierte en un muy buen material aislante térmico. Los centros huecos restringen el movimiento del calor mientras que el diseño hace que cada hebra sea extremadamente liviana. Además, la naturaleza no humectable del pelo de oso polar mantiene al animal caliente cuando nada en temperaturas bajo cero y también en condiciones húmedas. El pelo de oso polar es, por tanto, un modelo muy bueno para diseñar materiales sintéticos que puedan proporcionar un aislamiento eficaz del calor, como lo hace el pelo de oso polar de forma natural.
En un nuevo estudio publicado el 6 de junio en Chem, los científicos han desarrollado un novedoso aislante inspirándose en la microestructura de los pelos individuales de los osos polares e imitando, por lo tanto, adquiriendo todas sus propiedades únicas. Fabricaron millones de tubos de carbono ahuecados súper elásticos y livianos, cada uno del tamaño de una sola hebra de cabello y los enrollaron en un bloque de aerogel. El proceso de diseño comenzó con la fabricación de hidrogel de cable a partir de nanocables de telurio (Te) como plantilla que se recubre con una capa de carbono. Luego fabricaron un aerogel de tubo de carbono (CTA) a partir de este hidrogel secándolo primero y luego calcinándolo en una atmósfera inerte de argón a 900 ° C para eliminar los nanocables de Te. Este diseño único hace que CTA sea un excelente aislante térmico y también de naturaleza súper elástica, ya que rebota a una velocidad de 1434 mm / s. Este es el más rápido jamás comparado con todos los materiales elásticos convencionales. Los autores señalan que es incluso más elástico que el pelo de oso polar.
Debido a la estructura hueca de los tubos de carbono, el material exhibe una excelente conductividad térmica que es menor que la del aire seco debido a que el diámetro interno del material es menor que el de la trayectoria libre del aire. El material mostró longevidad al mantener su conductividad térmica después de ser almacenado durante 3 meses a temperatura ambiente con 56% de humedad relativa. El CTA es ligero con una densidad de 8 kg / m3; Más ligero que la mayoría de los materiales aislantes térmicos disponibles. No se ve afectado por el agua ya que no es humectable. Además, la estructura mecánica de la CTA se mantiene incluso después de numerosos ciclos de liberación de la compresión a diferentes tensiones.
El estudio actual describe un nuevo aerogel de tubo de carbono, inspirado en el diseño del tubo hueco del pelo de oso polar, que actúa como un excelente aislante térmico. En comparación con otros materiales de aislamiento de aerogel disponibles, este diseño de tubo hueco inspirado en un oso polar es liviano, más resistente al flujo de calor, a prueba de agua y no se degrada durante su vida útil.
Los sistemas de aislamiento térmico mejorados y más eficientes son prometedores para conservar el consumo de energía primaria. La energía escasea ahora mientras que los costos de la energía aumentan. Una de las formas de conservar energía es mejorar el aislamiento térmico de edificios. Los aerogeles ya son muy prometedores para una amplia variedad de aplicaciones de este tipo. Este estudio abre vías para diseñar material de alto rendimiento que sea liviano, superelástico y térmicamente aislante para aplicaciones en edificios, industria aeroespacial especialmente en ambientes extremos. Debido a su extrema capacidad de estiramiento, su atractivo se ve reforzado para diversas aplicaciones.
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{Puede leer el trabajo de investigación original haciendo clic en el enlace DOI que figura a continuación en la lista de fuentes citadas}
Fuentes)
Zhan, H y col. 2019. El aerogel de tubo de carbono biomimético permite la superelástica y el aislamiento térmico. Chem. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
