Материал, известный как аэрогель, является самым пористым материалом, известным человеку и сверхлегким с частью размер семейного автомобиля, весящего меньше чем килограмм.Начинаясь как влажный гель кварца, подобный в структуре, чтобы превратиться в желе, материал тщательно сушеный, чтобы создать сильный, пористый материал. Но до сих пор, удаляя молекулы воды, не разрушаясь прекрасная структура кварца была долгим, трудным и дорогим процессом и как следствие, использование аэрогелей было ограничено некоторыми высоко задачи специалиста, такие как коллекция космической пыли в космосе.Теперь команде экспертов во главе с Ньюкаслским университетом, Великобритания, удалось дешево копировать процесс, подражая пути, которым стрекоза сушит крылья.
Вместо того, чтобы сушить кварц под высокой температурой и давлением, команда использовала соду (то же самое раньше заставляло пироги повыситься) ‘унести’ молекулы воды, заманивая газ углекислого газа в ловушку в порах.Издавая их результаты сегодня в академическом журнале Advanced Materials, команды заявляют, что следующий шаг должен будет расширить процесс, чтобы создать более многочисленные группы, которые могут использоваться, чтобы изолировать наши дома и здания.Доктор Лидия Š Иллер, сустав приводит автора и наноразмерного ученого из Ньюкаслского университета, который работал над исследованием с доктором Сяо Ханем, Халиль Хасан и доктор Эдриан Оила, также Ньюкаслского университета, объясняют:«Потенциал этого открытия с точки зрения сокращения использования энергии и поэтому наших законопроектов об энергетике действительно захватывающий.
«Аэрогели – удивительный материал – безопасный, легкий и в десять раз больше изолирования, чем, что мы используем теперь – но до сих пор они были вне досягаемости для большинства нас, потому что они настолько дорогие, чтобы сделать. Наше исследование – шаг к созданию их широко доступный».Приобретение знаний из природыСтрекозы принадлежат заказу насекомого, известному как Odonata, имея в виду «имеющую зубы челюсть» из-за их зазубренного mouthparts.
«Эти древние насекомые были вокруг задолго до того, как динозавры развились», объясняет Деян Кулийер из Национального музея Боснии и Герцеговины.«Они – одна из самых старых групп насекомого, чтобы обратиться в бегство и включать самое большое насекомое, которое когда-либо жило – Griffenfly – у которого был размах крыла больше чем 70 см».Их крылья – пористая, слоистая структура, подобная аэрогелю, и так сильны и легки, они могут нести насекомое до 30 миль через час.«Крылья стрекозы – сверхлегкий аэрогель – составление меньше чем 2% полной массы тела насекомого – и все же они так сильны, они могут пронести насекомое тысячи миль через океаны и между континентами», говорит Доктор Š Иллер, кто работал над исследованием вместе с коллегами из Ньюкаслского университета, Даремского университета и Университета Лимерика, Ирландия, а также эксперты из Национального музея Боснии и Герцеговины.
«Большая часть ее жизненного цикла, стрекоза тратит под водой в ее личиночной стадии (период в пределах от 30 дней к нескольким годам). Изменение от личинки взрослому летающему насекомому представляет необратимые изменения в морфологии и физиологии. Этот процесс метаморфозы может взять между 20 минутами до нескольких часов, в зависимости от разновидностей.
Когда стрекоза появляется из личиночной кожи, ее крылья похожи на желе, но в течение очень короткого времени они расширяются и укрепляются, чтобы стать абсолютно сухими.«Чтобы достигнуть этого, их тела производят молекулы бикарбоната, которые выпускают газ углекислого газа, который регулирует давление тела и сушит крылья в то же время. Это ‘уносит’ воду, чтобы оставить сухую, стабильную, легкую и сильную структуру.«Мы копировали этот процесс в лаборатории с аэрогелем, сдувая воду при температуре окружающей среды и с бикарбонатом натрия».
Идеальные изоляторыАэрогели были сначала обнаружены в 1931.
Как правило, веся вокруг 0.1g/cm3 и составленный из 95%-го воздуха, у них есть теплопроводность, подобная вакуумной группе, делающей их идеальные изоляторы – не только, чтобы удержать теплоту, но также и сохранять дома прохладными.Их изоляционные свойства и надежность против старения, влажности и перфорации делают их идеальными материалами для изоляции в зданиях, но до сих пор высокая стоимость производства ограничила их использование.Добавляя растворители бикарбоната в гели кварца и используя инновационный химический процесс, команда вынудила производство углекислого газа иссякнуть гель от наизнанку.
В то же время CO2 пойман в ловушку в тонкой структуре, предотвратив крах аэрогеля.Совместный ведущий автор доктор Сяо Хань, Ньюкаслский университет, сказал, что новая техника уменьшит стоимость производства на 96% – приблизительно с 100$ до 4$ за килограмм.«Точно так же, как крылья стрекозы наш материал аэрогеля составлен из ультратонких слоев кварца, что означает, что мы можем создать более сильную структуру.
Следующий шаг должен будет расширить процесс, чтобы произвести группы изоляции, которая может использоваться в домах и зданиях, чтобы помочь уменьшить наше использование энергии и в конечном счете, наши счета».Исследование финансировалось Научным советом Технических наук и Физики (EPSRC).