Studiosi cinesi preparano materiale isolante termico bionico per peli di orso polare

Imitando la struttura del pelo dell'orso polare, un team dell'Università di Zhejiang ha preparato una fibra artificiale ultra calda incapsulata con aerogel. Questo materiale è caldo, leggero e resistente allo stesso tempo. Il 22 dicembre 2023 sulla rivista internazionale "Science" è stato pubblicato un articolo relativo a questo risultato.

Il risultato è stato completato da un team formato dal professor Bo Hao della Scuola di Ingegneria Chimica e Bioingegneria e dal Professore Associato Gao Weiwei del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Polimeri dell'Università di Zhejiang.

Bai Hao ha detto che gli orsi polari fanno affidamento sui loro capelli super caldi per adattarsi all'ambiente a meno 40 gradi Celsius. Hanno scoperto che i peli dell'orso polare sono una struttura cava che incapsula una grande quantità di aria "ferma" e ogni pelo ha un guscio. Al microscopio elettronico, questo guscio ha uno spessore di circa 20 micron, pari a quasi un quarto del diametro del capello.

Ispirato da questa scoperta, il gruppo di ricerca ha trascorso quasi 6 anni a preparare un nuovo tipo di fibra strutturale "nucleo-guscio". Il centro della fibra è un aerogel polimerico, punteggiato da lunghi pori con un diametro compreso tra circa 10 e 30 micron. I piccoli fori sono disposti nella stessa direzione, come "magazzini" per immagazzinare l'aria. Sulla superficie della fibra è presente un guscio in TPU (gomma poliuretanica termoplastica) per avvolgere l'aerogel all'interno.

"Il 'nucleo' è responsabile del raggiungimento del super calore. Regolando la direzione e la dimensione dei piccoli fori all'interno della fibra, si prevede che 'blocchi' la radiazione infrarossa e prevenga la perdita di calore; il 'guscio' è responsabile di essere forte e durevole, fornendo un buon supporto meccanico alla fibra, rendendola resistente all'usura, allo stiramento e lavabile", ha affermato Bohao.

Per verificare l'effetto di isolamento termico, i ricercatori hanno provato a verificare l'effetto di isolamento termico di piumini, maglioni di lana, maglioni di cotone e "maglioni dell'orso polare" con la stessa temperatura iniziale in una cella frigorifera a temperatura costante di meno 20 gradi Celsius. Meno aumenta la temperatura superficiale degli indumenti, minore è la perdita di calore da parte del corpo umano e migliore è la prestazione termica degli indumenti.

I ricercatori hanno scoperto che dopo alcuni minuti di test, la temperatura superficiale del maglione di cotone è salita a 10,8 gradi Celsius e la temperatura superficiale del piumino è salita a 3,8 gradi Celsius. La superficie del "maglione dell'orso polare", che è vicino allo spessore di un maglione di lana e solo da un terzo a un quinto dello spessore di un piumino, raggiunge solo 3,5 gradi Celsius.

"I peli dell'orso polare ci permettono di vedere come la natura consente al 'nucleo' e al 'guscio' di svolgere i loro rispettivi compiti. L'essenza della ricerca bionica è imparare dalla natura come risolvere i problemi." Bohao ha affermato che rivelare i segreti della natura, scoprire nuove conoscenze e creare nuovi materiali che migliorano la vita delle persone è la missione della ricerca bionica, ed è anche la ricerca su cui il team persiste da molti anni.