Học giả Trung Quốc chế tạo vật liệu cách nhiệt sinh học lông gấu bắc cực

Bằng cách bắt chước cấu trúc lông của gấu Bắc Cực, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Chiết Giang đã chế tạo được một loại sợi nhân tạo siêu ấm được bọc bằng aerogel. Chất liệu này ấm áp, nhẹ và bền cùng một lúc. Vào ngày 22 tháng 12 năm 2023, một bài báo liên quan đến thành tựu này đã được công bố trên tạp chí quốc tế “Science”.

Thành tựu này được hoàn thành bởi nhóm Giáo sư Bo Hao từ Trường Kỹ thuật Hóa học và Kỹ thuật Sinh học và Phó Giáo sư Gao Weiwei từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Polymer tại Đại học Chiết Giang.

Bai Hao cho biết, gấu Bắc Cực dựa vào bộ lông siêu ấm của mình để thích nghi với môi trường âm 40 độ C. Họ phát hiện ra rằng lông gấu Bắc cực là một cấu trúc rỗng chứa một lượng lớn không khí "tĩnh" và mỗi sợi lông có một lớp vỏ. Dưới kính hiển vi điện tử, lớp vỏ này dày khoảng 20 micron, chiếm gần 1/4 đường kính của sợi tóc.

Lấy cảm hứng từ phát hiện này, nhóm nghiên cứu đã dành gần 6 năm để chuẩn bị một loại sợi cấu trúc “lõi-vỏ” mới. Trung tâm của sợi là một aerogel polymer, được rải rác với các lỗ dài có đường kính khoảng 10 đến 30 micron. Các lỗ nhỏ được bố trí cùng một hướng, giống như những “kho” để chứa không khí. Có một lớp vỏ TPU (cao su polyurethane nhiệt dẻo) trên bề mặt sợi để bọc aerogel bên trong.

"'Lõi' chịu trách nhiệm đạt được độ ấm siêu cao. Bằng cách điều chỉnh hướng và kích thước của các lỗ nhỏ bên trong sợi, nó được kỳ vọng sẽ 'khóa' bức xạ hồng ngoại và ngăn ngừa mất nhiệt; 'lớp vỏ' có nhiệm vụ chắc chắn và bền bỉ. bền, cung cấp sự hỗ trợ cơ học tốt cho sợi, giúp nó chống mài mòn, chống co giãn và có thể giặt được", Bohao nói.

Để xác minh tác dụng cách nhiệt, các nhà nghiên cứu đã cố gắng xác minh tác dụng cách nhiệt của áo khoác lông vũ, áo len len, áo len cotton và "áo len gấu bắc cực" với cùng nhiệt độ ban đầu trong kho lạnh có nhiệt độ không đổi là âm 20 độ C. Nhiệt độ bề mặt của quần áo càng tăng ít thì nhiệt lượng bị mất khỏi cơ thể con người càng ít và hiệu suất giữ nhiệt của quần áo càng tốt.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng sau vài phút thử nghiệm, nhiệt độ bề mặt của áo len cotton đã tăng lên 10,8 độ C và nhiệt độ bề mặt của áo khoác ngoài tăng lên 3,8 độ C. Bề mặt của "áo len gấu bắc cực" có độ dày gần bằng áo len len và chỉ bằng 1/3 đến 1/5 độ dày của áo khoác ngoài, chỉ tăng lên 3,5 độ C.

"Lông gấu Bắc Cực cho phép chúng ta thấy thiên nhiên cho phép 'lõi' và 'vỏ' thực hiện nhiệm vụ tương ứng của chúng như thế nào. Bản chất của nghiên cứu sinh học là học hỏi từ tự nhiên cách giải quyết vấn đề." Bohao cho biết, việc tiết lộ những bí mật của tự nhiên, Khám phá kiến ​​thức mới và tạo ra vật liệu mới giúp cải thiện cuộc sống con người là sứ mệnh của nghiên cứu sinh học và đó cũng là mục tiêu theo đuổi mà nhóm đã kiên trì trong nhiều năm.