Struktura sierści niedźwiedzia ma chronić przed utratą ciepła, a włosów kaktusa osłaniać przed ekstremalnymi warunkami na pustyni. Prof. Urszula Stachewicz z AGH wraz z zespołem odtworzyła nanostrukturę tych obiektów w materiałach polimerowych. Takie materiały mogą posłużyć jako termoizolacja np. w budownictwie, odzieży czy w wojskowym kamuflażu termicznym.
Stosujemy biomimetyzm, czyli podglądamy rozwiązania wypracowane przez zwierzęta czy rośliny i odtwarzamy je, by rozwiązywać nasze wyzwania.
mówi prof. Urszula Stachewicz z Wydziału Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH w Krakowie. To laureatka prestiżowego Starting Grant ERC (European Research Council – Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych).
Naukowcy z jej zespołu scharakteryzowali np. strukturę mikroskopową włosów niedźwiedzia polarnego. Są one puste w środku, a kanał powietrza w ich wnętrzu zapewnia dodatkową ochronę przed zimnem. Badacze stworzyli włókna o podobnej budowie: posiadają podwójną otoczkę i pusty rdzeń. Do ich produkcji wykorzystano polistyren i poliuretan – polimery znane w budownictwie.
Nowością jest autorska technologia wytwarzania: igła z dwiema współosiowymi dyszami pozwala tworzyć puste struktury z dwóch różnych polimerów jednocześnie – w procesie elektroprzędzenia.
Średnica takich włókien jest tysiąc razy cieńsza od ludzkiego włosa. Materiał nie przypomina więc w wyglądzie ani dotyku futra, ale naśladuje jego właściwości fizyczne.
Nasze maty są bardzo lekkie i elastyczne. Można je zmiąć jak chusteczkę higieniczną i dopasować do dowolnego kształtu. Materiał zawiera aż 90% powietrza, co przy tak wysokiej porowatości czyni go doskonałym izolatorem.
tłumaczy prof. Stachewicz
Funkcjonalność rozwiązania sprawdzano m.in. w ramach okiennych. Kamera termowizyjna potwierdziła, że wypełnienie pustych przestrzeni ramy matami z nanowłókien znacząco redukuje straty energii. Zimą zatrzymuje ono ciepło wewnątrz, a latem chroni przed upałem. Wyniki tych prac opublikowano w czasopiśmie „Advanced Science”.
Kolejnym istotnym elementem badań jest mechanizm magazynowania energii. – Natura uczy nas czegoś jeszcze: niedźwiedzie polarne mają czarną skórę, która pochłania energię słoneczną, a warstwa tłuszczu działa jak magazyn ciepła. Chcemy uzyskać podobny efekt w materiałach typu PCM (phase change materials) z dodatkiem glikolu czy węgla warstwowego, które absorbują i uwalniają energię w zależności od temperatury – zapowiedziała badaczka.
Inspiracją dla zespołu stał się także kaktus Cephalocereus senilis (Old Man Cactus). Jego „siwe” włosy mają pod mikroskopem specyficzne rowki. Stworzone na ich bazie włókna z poliwęglanu skutecznie zatrzymują powietrze, utrudniając wymianę ciepła. Naukowcy wykazali przydatność tego materiału na przykładzie otuliny do rur z ciepłą wodą – może być ona znacznie cieńsza niż standardowa guma, zachowując te same parametry.
Zdaniem prof. Stachewicz elektroprzędze można wykorzystać w bardzo wielu dziedzinach. Badacze z AGH tworzą tzw. przędze (ang. yarns), które wyglądają jak cienkie sznurki, ale składają się z nanowłókien. Można je wplatać w tekstylia.
To krok w stronę inteligentnych tekstyliów. Wyobraźmy sobie bluzę, która dostosowuje się do temperatury ciała, monitoruje poziom cukru z potu, a dzięki energii z ruchu użytkownika ładuje telefon. To nie jest już czyste science fiction.
przekonuje prof. Stachewicz
Dodała, że takie przędze mogą służyć także do produkcji kamuflażu termicznego, czyniąc użytkownika mniej widocznym dla dronów i kamer termowizyjnych.
Jako naukowcy prowadzimy badania podstawowe, ale one niemal natychmiast przekładają się na aplikacje. Potrzebujemy jednak przemysłu, który wdroży te pomysły do masowej produkcji.
podkreśla badaczka
Dodaje, że w swoich badaniach łączy chemię, fizykę i biologię, by poprawiać komfort życia.
Fascynuje mnie to, że nie musimy wymyślać nowych związków chemicznych, aby tworzyć nowe materiały. Aby uzyskać nowe właściwości, często wystarczy „grać” geometrią i architekturą materiału, tak jak robi to natura.
podsumowuje prof. Stachewicz
źródło: naukawpolsce.pl, Ludwika Tomala
📩 Zapisz się na newsletter
Chcesz być na bieżąco z ekologicznymi treściami? Dołącz do newslettera i otrzymuj artykuły, poradniki oraz darmowe materiały do pobrania prosto na swoją skrzynkę. Dzięki nim łatwiej wprowadzisz ekologiczne zmiany w swoim życiu.
☕ Wesprzyj portal
Każdy artykuł to godziny pracy i poszukiwania rzetelnych informacji. Jeśli cenisz to, co robię, możesz postawić mi wirtualną kawę albo zostać Patronem na Patronite. Twoja pomoc daje mi siłę, by rozwijać portal, a dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła.
