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Inspiriert vom Eisbärenfell haben chinesische Wissenschaftler ultradünne Wärmedämmmaterialien entwickelt!

Inspiriert vom Eisbärenfell haben chinesische Wissenschaftler ultradünne Wärmedämmmaterialien entwickelt!

Ein kürzlich von chinesischen Wissenschaftlern in der Zeitschrift „Science“ veröffentlichter Artikel zeigt, dass Wissenschaftler, inspiriert vom Eisbärenfell, ein aus Fasern gewebtes Kleidungsstück erfunden haben, das das Eisbärenfell imitiert. Obwohl sie nur ein Fünftel so dick ist wie eine Daunenjacke, ist sie so warm wie eine Daunenjacke.

Bei der Suche nach Lösungen begann das Team mit Eisbärfell, um die Schwächen und Verarbeitungsherausforderungen herkömmlicher Aerogele zu lösen. Dieser Durchbruch in der Aerogel-Technologie, insbesondere für Textilien, hat die Mängel traditioneller Aerogele behoben. Auch nach dem Strecken, Waschen und Färben behält es seine endothermen Eigenschaften.

Diese Leistung wurde von Professor Bai Hao von der Fakultät für Chemieingenieurwesen und Biotechnik der Universität Zhejiang und außerordentlichem Professor Gao Weiwei von der Abteilung für Polymerwissenschaft und -technik abgeschlossen. Unter anderem wies Gao Weiwei darauf hin, dass diese Proof-of-Concept-Faser eines Tages verwendet werden könnte, um die Anforderungen an leichte und langlebige Kleidung wie Sportbekleidung, Militäruniformen und Raumanzüge zu erfüllen, ohne Tierfelle oder Daunen zu verwenden.

Poröse Kerntechnologie zur Nachahmung des Eisbärenfells

Die Forschung zeigt, dass Aerogel derzeit eines der besten Wärmedämmstoffe ist und als Wärmedämmstoff für Gebäude verwendet wird. Allerdings sind die Fasern aus Aerogelen oft zu spröde, um in tragbare Textilien eingewebt zu werden, und die Wärmeisolierung geht nach dem Waschen und in feuchter Umgebung leicht verloren. Deshalb suchen Forscher nach Inspiration aus Eisbärenfellen. Jeder Strang des Eisbärenfells hat Dutzende winziger Poren, die verhindern können, dass Wärme nach außen geleitet wird, und Eisbären in der rauen arktischen Umgebung warm halten. Dieser poröse Kern ist von einer dichten, wasserdichten, flexiblen und robusten Hülle umgeben.

Gao Weiwei und ihre Kollegen verwendeten eine Methode namens Gefrierspinnen, um eine Reihe von Aerogelfasern herzustellen, die die poröse Innenstruktur des Eisbärenfells nachahmten. Mit dieser Methode stellten sie Fasern aus der zuvor aus Seidenraupenpuppen gewonnenen Lösung her. Um die Hülle von Aerogelen nachzubilden, beschichteten die Forscher Aerogele mit einem elastischen Material namens thermoplastisches Polyurethan, das häufig in Sportbekleidung und -ausrüstung verwendet wird.

Die gestreckte Länge des Aerogels sollte 2 % seiner vorhandenen Länge nicht überschreiten, da es sonst beschädigt wird. Diese von Eisbären inspirierte Verbundfaser kann jedoch nach einer Dehnung von 1000 % wieder auf ihre ursprüngliche Länge zurückspringen, was zeigt, dass sie aufgrund der elastischen Beschichtung stärker und elastischer ist als die vorherige Aerogelfaser. Die Isolationsleistung dieser Faser kann auch nach dem Dehnen auf die doppelte Länge noch 10.000 Mal aufrechterhalten werden, und ihre Struktur oder Form ändert sich nicht, wenn sie in Wasser eingeweicht, getrocknet oder gefärbt wird.

Als nächstes strickten die Forscher einen Pullover aus Aerogelfasern und verglichen dessen Wärmeisolationsleistung mit der von Daunenjacken, Pullovern und langärmeligen Baumwolloberteilen. Das Forschungsteam rekrutierte einen Freiwilligen, der jedes Kleidungsstück in einem Raum anzog, in dem die Temperatur auf minus 20 Grad Celsius sank, und maß die Oberflächentemperatur der vier Kleidungsstücke, um ihre Wärmeisolationsleistung zu bewerten.

Gute Wärmedämmung und Haltbarkeit

Obwohl die Dicke des Eisbären-Pullovers nur ein Fünftel der Dicke der Daunenjacke beträgt, weist sie von allen Kleidungsstücken die beste Wärmeisolationswirkung auf. Die durchschnittliche Oberflächentemperatur beträgt 3,5 °C, während die durchschnittliche Oberflächentemperatur einer Daunenjacke 3,8 °C beträgt, was zeigt, dass die von einer Daunenjacke abgegebene Wärme etwas höher ist als die eines Pullovers. Die Wärmeisolationsleistung von Baumwollhemden und -pullovern ist mit durchschnittlichen Oberflächentemperaturen von 10,8℃ bzw. 7,2℃ am schlechtesten. Allerdings hat die Wärmeisolierung des Aerogel-Pullovers auch nach mehreren Durchgängen in der Waschmaschine nicht nachgelassen, was zeigt, dass er langlebig genug ist.

Yu Shuhong, ein Materialwissenschaftler an der Hefei-Universität für Wissenschaft und Technologie in China, wies darauf hin, dass diese Forschung zwar die Weiterentwicklung der Herstellung neuer dünner und warmer Textilien darstellt, es aber noch einen langen Weg bis zur synthetischen Eisbärenpelzimitation gibt erscheint in gewöhnlichen Bekleidungsgeschäften. Derzeit ist die Herstellung dieser Art von Faser zu langsam und erfordert viel Energie, sodass eine Produktion in großem Maßstab nicht möglich ist.

Bai Hao, Mitautor des Forschungsberichts, sagte jedoch, dass das Forschungsteam genau daran arbeite und dass das Forschungsteam plane, die Skalierbarkeit zu verbessern.

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