Para saintis telah mereka bentuk yang diilhamkan oleh alam semula jadi karbon bahan penebat haba tiub airgel berdasarkan struktur mikro rambut beruang kutub. Penebat haba yang ringan, sangat kenyal dan lebih cekap ini membuka jalan baharu untuk penebat bangunan yang cekap tenaga
Beruang kutub rambut membantu haiwan itu untuk mengelakkan kehilangan haba dalam keadaan iklim yang sejuk dan lembap dalam bulatan Artik yang sejuk. Rambut beruang kutub secara semula jadi berongga tidak seperti rambut manusia atau lain-lain mamalia. Setiap helai rambut mempunyai teras silinder panjang yang mengalir melalui pusatnya. Bentuk dan jarak rongga inilah yang memberikan bulu beruang kutub bulu putih yang berbeza. Rongga ini mempunyai pelbagai sifat seperti menahan haba yang luar biasa, rintangan air, keanjalan dan lain-lain yang menjadikannya bahan penebat haba yang sangat baik. Pusat berongga mengehadkan pergerakan haba manakala reka bentuk membuat setiap helai sangat ringan. Selain itu, sifat bulu beruang kutub yang tidak boleh dibasahi menjadikan haiwan itu hangat apabila mereka berenang dalam suhu di bawah sifar dan juga dalam keadaan lembap. Oleh itu, rambut beruang kutub adalah model yang sangat baik untuk mereka bentuk bahan sintetik yang boleh memberikan penebat yang cekap daripada haba sama seperti rambut beruang kutub melakukannya secara semula jadi.
Dalam kajian baru yang diterbitkan pada 6 Jun di Kim, saintis telah membangunkan penebat baru yang mengambil inspirasi daripada dan meniru struktur mikro rambut beruang kutub individu dan seterusnya memperoleh semua sifat uniknya. Mereka membuat berjuta-juta tiub karbon berlubang super-anjal dan ringan, setiap satu saiz helaian rambut dan melilitkannya ke dalam blok airgel. Proses reka bentuk mula-mula dimulakan dengan membuat kabel hidrogel daripada wayar nano tellurium (Te) sebagai templat yang disalut dengan cangkang karbon. Kemudian mereka membuat aerogel tiub karbon (CTA) daripada hidrogel ini dengan terlebih dahulu mengeringkannya dan seterusnya mengkalsinkannya dalam suasana lengai argon pada 900 °C untuk mengeluarkan wayar nano Te. Reka bentuk unik ini menjadikan CTA penebat haba yang sangat baik dan juga bersifat super-anjal kerana ia melantun pada kelajuan 1434 mm/s. Ini adalah yang terpantas pernah dibandingkan dengan semua bahan elastik konvensional. Penulis menunjukkan bahawa ia lebih elastik daripada rambut beruang kutub.
Disebabkan oleh struktur berongga tiub karbon, bahan mempamerkan kekonduksian terma yang sangat baik yang lebih rendah daripada udara kering kerana diameter dalam bahan kurang daripada laluan bebas udara. Bahan tersebut menunjukkan jangka hayat dengan mengekalkan kekonduksian terma selepas disimpan selama 3 bulan pada suhu bilik dengan kelembapan relatif 56%. CTA adalah ringan dengan ketumpatan 8 kg/m3; lebih ringan daripada kebanyakan bahan penebat haba yang ada. Ia tidak terjejas oleh air kerana ia tidak boleh dibasahi. Juga, struktur mekanikal CTA dikekalkan walaupun selepas banyak kitaran pelepasan mampat pada regangan yang berbeza.
Kajian semasa menerangkan aerogel tiub karbon baharu – diinspirasikan daripada reka bentuk tiub berongga rambut beruang kutub – yang bertindak sebagai penebat haba yang sangat baik. Berbanding dengan bahan penebat airgel lain yang tersedia, reka bentuk tiub berongga yang diilhamkan oleh beruang kutub ini adalah ringan, lebih tahan terhadap aliran haba, kalis air dan tidak merosot sepanjang hayatnya.
Sistem penebat haba yang lebih baik dan lebih cekap menjanjikan penjimatan penggunaan tenaga primer. Tenaga kini mengalami kekurangan sementara tenaga kos semakin meningkat. Salah satu cara untuk menjimatkan tenaga adalah dengan menambah baik penebat haba bangunan. Aerogel sudah menunjukkan janji yang hebat untuk pelbagai jenis aplikasi sedemikian. Kajian ini membuka ruang untuk mereka bentuk bahan berprestasi tinggi yang ringan, super-anjal dan penebat haba untuk aplikasi dalam bangunan, industri aeroangkasa terutamanya dalam persekitaran yang melampau. Kerana keupayaan regangan yang melampau, daya tarikannya dipertingkatkan untuk pelbagai aplikasi.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
Zhan, H et al. 2019. Airgel Tiub Karbon Biomimetik Mendayakan Keanjalan Super dan Penebat Terma. Kimia. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025
