Termoizolacja i kamuflaż cieplny. Polscy naukowcy stworzyli nanowłókna

• Naukowcy z AGH opracowali ultralekkie maty z nanowłókien, które naśladują izolacyjne właściwości sierści niedźwiedzia polarnego.
• Kamera termowizyjna potwierdziła ograniczenie strat ciepła w ramach okien po wypełnieniu ich matami; wyniki opisano w "Advanced Science".
• Zespół bada też magazynowanie energii w materiałach PCM oraz zastosowania w inteligentnych tekstyliach i kamuflażu termicznym.

Badacze z AGH w Krakowie wykorzystali biomimetyzm, aby przenieść rozwiązania z natury do inżynierii materiałowej. Według PAP zespół prof. Urszuli Stachewicz scharakteryzował budowę włosa niedźwiedzia polarnego i włosów kaktusa, a następnie odtworzył ich kluczowe cechy w polimerach. Celem jest efektywna termoizolacja w lekkiej formie, możliwa do dopasowania do różnych kształtów i przestrzeni.

Kluczowy motyw prac to puste w środku włókna inspirowane sierścią niedźwiedzia. Naukowcy wykonali je z polistyrenu i poliuretanu, korzystając z elektroprzędzenia oraz igły z dwiema współosiowymi dyszami. Tak powstały włókna z podwójną otoczką i pustym rdzeniem. Maty mają ok. 90 proc. objętości powietrza, są bardzo lekkie i elastyczne, a średnica pojedynczego włókna jest tysiąc razy mniejsza od ludzkiego włosa.

Rozwiązanie sprawdzono w ramach okiennych z użyciem kamery termowizyjnej. Wypełnienie pustych przestrzeni matami wyraźnie ograniczyło straty energii: zimą ciepło zostaje wewnątrz, a latem materiał chroni przed nagrzewaniem. Wyniki badań opisano w czasopiśmie "Advanced Science", co wzmacnia ich wiarygodność i ułatwia wdrożenia w budownictwie.

Zespół rozwija też wątek magazynowania ciepła. Badacze nawiązują do naturalnego mechanizmu niedźwiedzia polarnego: ciemna skóra pochłania promieniowanie, a tłuszcz magazynuje energię. W materiałach typu PCM chcą uzyskać podobny efekt z dodatkiem glikolu lub węgla warstwowego, które pochłaniają i uwalniają energię wraz ze zmianami temperatury. Taki układ może stabilizować mikroklimat w otoczeniu użytkownika.

Drugi trop biomimetyczny prowadzi do kaktusa Cephalocereus senilis. Jego włosy mają mikrorowki, które skutecznie zatrzymują powietrze. Odtworzone przez zespół włókna z poliwęglanu spisały się jako otulina do rur z ciepłą wodą. Dzięki lepszej izolacyjności taka otulina może być cieńsza niż standardowa guma, bez utraty wymaganych parametrów cieplnych.

Badacze tworzą także przędze z nanowłókien, które można wplatać w tkaniny. To krok w stronę odzieży reagującej na warunki i potrzeby użytkownika. - 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 - mówiła PAP prof. Urszula Stachewicz. Naukowcy wskazują też na kamuflaż termiczny, który może ograniczać widoczność w kamerach i dla dronów.

Jako naukowcy prowadzimy badania podstawowe, ale one niemal natychmiast przekładają się na aplikacje. Potrzebujemy jednak przemysłu, który wdroży te pomysły do masowej produkcji - podkreśliła w rozmowie z PAP prof. Stachewicz.

Badaczka dodała, że nowe własności często wynikają z geometrii i architektury materiału, co potwierdzają prezentowane projekty, łączące chemię, fizykę i biologię w praktycznych zastosowaniach.