对于北极熊来说，它们的脂肪，皮肤和皮毛提供的保温是寒冷的北极生存的问题。对于工程师来说，北极熊头发是合成材料的梦想模板，可以锁定热量，就像自然版本一样。现在，中国的材料科学家开发出了这样一种绝缘体，再现了单个北极熊毛的结构，同时缩放到由许多毛发组成的材料，用于建筑和航空航天领域的实际应用。他们的工作将于6月6日发表在Chem上。
“北极熊毛已经进化优化，有助于防止寒冷和潮湿条件下的热量流失，这使其成为合成隔热材料的绝佳模型，”共同资深作者俞淑红说，他是大学化学教授。中国科学技术(中国科学技术大学)。“通过用碳管制作管状气凝胶，我们可以设计出类似的弹性和轻质材料，可以捕获热量而不会在其使用寿命期间明显降低。”
与人类或其他哺乳动物的毛发不同，北极熊毛是空心的。在显微镜下放大，每个都有一个长的圆柱形芯，直接穿过它的中心。众所周知，这些空腔的形状和间距是其独特的白色涂层的原因。但它们也是显着的保温能力，耐水性和弹性的来源，所有这些都是在热绝缘体中模仿的理想特性。
“中空中心限制了热量的移动，也使个别头发轻盈，这是材料科学中最突出的优势之一，”中国科技大学副教授刘建伟说。为了模仿这种结构并将其扩展到实际尺寸，研究团队 - 另外由中国科学技术大学机械工程教授Yong Ni共同领导 - 制造了数百万个掏空碳管，每个碳管相当于一根头发。 ，将它们卷成意大利面条般的气凝胶块。
与其他气凝胶和绝缘组件相比，他们发现极地熊式空心管设计重量更轻，更耐热流。它也几乎不受水的影响 - 这是在游泳时保持北极熊温暖以及在潮湿条件下保持绝缘性能的一个方便功能。作为奖励，新材料非常有弹性，甚至比头发本身更具弹性，进一步提升了其工程适用性。
扩大制造工艺以建造米尺度而非厘米尺寸的绝缘体将是研究人员面向相关工业用途的下一个挑战。“虽然我们的碳管材料目前不能轻易批量生产，但我们希望在我们努力实现极端航空航天应用时克服这些尺寸限制，”Yu说。
这项工作得到了中国国家自然科学基金委员会，中国科学院和中国国家基础研究计划的支持。