ધ્રુવીય રીંછ પ્રેરિત, ઉર્જા-કાર્યક્ષમ બિલ્ડીંગ ઇન્સ્યુલેશન

વૈજ્ઞાનિકોએ પ્રકૃતિ પ્રેરિત ડિઝાઇન કરી છે કાર્બન ધ્રુવીય રીંછના વાળના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર પર આધારિત ટ્યુબ એરજેલ થર્મલ ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રી. આ હલકો, અત્યંત સ્થિતિસ્થાપક અને વધુ કાર્યક્ષમ હીટ ઇન્સ્યુલેટર ઊર્જા-કાર્યક્ષમ બિલ્ડિંગ ઇન્સ્યુલેશન માટે નવા રસ્તાઓ ખોલે છે.

ધ્રુવીય રીંછ આર્કટિક વર્તુળમાં ઠંડા અને ભેજવાળી આબોહવાની પરિસ્થિતિઓમાં વાળ પ્રાણીઓને ગરમીના નુકશાનને રોકવામાં મદદ કરે છે. ધ્રુવીય રીંછના વાળ માનવ વાળ અથવા અન્ય વાળથી વિપરીત કુદરતી રીતે હોલો હોય છે સસ્તન પ્રાણીઓ. દરેક વાળના સ્ટ્રેન્ડમાં તેની મધ્યમાંથી પસાર થતી લાંબી, નળાકાર કોર હોય છે. આ પોલાણનો આકાર અને અંતર છે જે ધ્રુવીય રીંછના વાળને અલગ સફેદ કોટ આપે છે. આ પોલાણમાં અસાધારણ હીટ-હોલ્ડિંગ, વોટર રેઝિસ્ટન્સ, ઇલાસ્ટીસીટી વગેરે જેવા અનેક ગુણો હોય છે જે તેમને ખૂબ જ સારી થર્મલ ઇન્સ્યુલેટર સામગ્રી બનાવે છે. હોલો કેન્દ્રો ગરમીની હિલચાલને પ્રતિબંધિત કરે છે જ્યારે ડિઝાઇન મુજબ દરેક સ્ટ્રાન્ડને અત્યંત હળવા બનાવે છે. ઉપરાંત, ધ્રુવીય રીંછના વાળની ​​ભીની ન થઈ શકે તેવી પ્રકૃતિ પ્રાણીને ગરમ રાખે છે જ્યારે તેઓ શૂન્યથી નીચેના તાપમાનમાં અને ભેજવાળી સ્થિતિમાં પણ સ્વિમિંગ કરતા હોય છે. આમ ધ્રુવીય રીંછના વાળ કૃત્રિમ સામગ્રીની રચના કરવા માટે ખૂબ જ સારું મોડેલ છે જે ધ્રુવીય રીંછના વાળ કુદરતી રીતે કરે છે તેવી જ રીતે ગરમીથી કાર્યક્ષમ ઇન્સ્યુલેશન પ્રદાન કરી શકે છે.

6 જૂનના રોજ પ્રકાશિત થયેલા નવા અભ્યાસમાં કેમ, વૈજ્ઞાનિકોએ ધ્રુવીય રીંછના વ્યક્તિગત વાળના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરમાંથી પ્રેરણા લઈને અને તેની નકલ કરીને એક નવલકથા ઇન્સ્યુલેટર વિકસાવ્યું છે અને તેથી તેના તમામ અનન્ય ગુણધર્મો પ્રાપ્ત કર્યા છે. તેઓએ લાખો સુપર-ઇલાસ્ટીક, હળવા વજનની હોલોડ-આઉટ કાર્બન ટ્યુબ બનાવ્યા, દરેક એક વાળના સ્ટ્રાન્ડના કદની અને તેને એરજેલ બ્લોકમાં ઘા કરી. ડિઝાઈન પ્રક્રિયા સૌપ્રથમ ટેલુરિયમ (Te) નેનોવાઈર્સમાંથી કેબલ હાઈડ્રોજેલને ટેમ્પલેટ તરીકે બનાવવાથી શરૂ થઈ હતી જે કાર્બન શેલ સાથે કોટેડ હતી. પછી તેઓએ આ હાઇડ્રોજેલમાંથી એક કાર્બન ટ્યુબ એરજેલ (CTA) બનાવ્યું અને તે પછી તેને 900 °C પર આર્ગોન નિષ્ક્રિય વાતાવરણમાં કેલ્સિનેટ કરીને Te nanowires ને દૂર કર્યું. આ અનન્ય ડિઝાઇન CTA ને એક ઉત્તમ થર્મલ ઇન્સ્યુલેટર બનાવે છે અને તે 1434 mm/s ની ઝડપે રિબાઉન્ડ થવાને કારણે પ્રકૃતિમાં સુપર-ઇલાસ્ટિક પણ છે. તમામ પરંપરાગત સ્થિતિસ્થાપક સામગ્રીની તુલનામાં આ સૌથી ઝડપી છે. લેખકો નિર્દેશ કરે છે કે તે ધ્રુવીય રીંછના વાળ કરતાં પણ વધુ સ્થિતિસ્થાપક છે.

કાર્બન ટ્યુબની હોલો રચનાને લીધે, સામગ્રી ઉત્તમ થર્મલ વાહકતા દર્શાવે છે જે શુષ્ક હવા કરતા ઓછી છે કારણ કે સામગ્રીનો આંતરિક વ્યાસ હવાના મુક્ત માર્ગ કરતા ઓછો છે. સામગ્રી 3% સાપેક્ષ ભેજ સાથે ઓરડાના તાપમાને 56 મહિના સુધી સંગ્રહિત કર્યા પછી તેની થર્મલ વાહકતા જાળવી રાખીને આયુષ્ય દર્શાવે છે. CTA 8 kg/m3 ની ઘનતા સાથે હલકો છે; ઉપલબ્ધ થર્મલ ઇન્સ્યુલેટર સામગ્રીની બહુમતી કરતાં હળવા. તે ભીનું ન કરી શકાય તેવું હોવાથી તે પાણીથી પ્રભાવિત થતું નથી. ઉપરાંત, વિવિધ તાણ પર અસંખ્ય કોમ્પ્રેસ-રિલીઝ ચક્ર પછી પણ CTA ની યાંત્રિક રચના જાળવવામાં આવે છે.

વર્તમાન અભ્યાસ નવી કાર્બન ટ્યુબ એરજેલનું વર્ણન કરે છે - જે ધ્રુવીય-રીંછના વાળની ​​હોલો ટ્યુબ ડિઝાઇનથી પ્રેરિત છે - જે ઉત્તમ થર્મલ ઇન્સ્યુલેટર તરીકે કામ કરે છે. ઉપલબ્ધ અન્ય એરજેલ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રીની તુલનામાં, આ ધ્રુવીય-રીંછ પ્રેરિત હોલો-ટ્યુબ ડિઝાઇન વજનમાં હલકી છે, ગરમીના પ્રવાહ માટે વધુ પ્રતિરોધક છે, વોટરપ્રૂફ છે અને તેના જીવનકાળ દરમિયાન બગડતી નથી.

સુધારેલ અને વધુ કાર્યક્ષમ થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન સિસ્ટમ પ્રાથમિક ઉર્જા વપરાશને બચાવવા માટે વચન આપે છે. એનર્જી જ્યારે હવે પુરવઠાની તંગી છે ઊર્જા ખર્ચ વધી રહ્યો છે. ઉર્જા બચાવવાની એક રીત એ છે કે થર્મલ ઇન્સ્યુલેશનમાં સુધારો કરવો ઇમારતો. એરોજેલ્સ પહેલેથી જ આવી એપ્લિકેશનની વિશાળ વિવિધતા માટે મહાન વચનો દર્શાવે છે. આ અભ્યાસ ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા સામગ્રીને ડિઝાઇન કરવાના માર્ગો ખોલે છે જે હળવા વજનની, સુપર-ઇલાસ્ટીક અને ઇમારતો, એરોસ્પેસ ઉદ્યોગમાં ખાસ કરીને આત્યંતિક વાતાવરણમાં એપ્લિકેશન માટે થર્મલી ઇન્સ્યુલેટીંગ છે. તેની આત્યંતિક સ્ટ્રેચ ક્ષમતાને કારણે, તેની અપીલ વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે વધારેલ છે.

***

{તમે ટાંકેલા સ્ત્રોત(ઓ)ની સૂચિમાં નીચે આપેલ DOI લિંક પર ક્લિક કરીને મૂળ સંશોધન પેપર વાંચી શકો છો}

સ્રોત (ઓ)

ઝાન, એચ એટ અલ. 2019. બાયોમિમેટિક કાર્બન ટ્યુબ એરજેલ સુપર-ઇલાસ્ટીસીટી અને થર્મલ ઇન્સ્યુલેશનને સક્ષમ કરે છે. રસાયણ. http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025