Per gli orsi polari, l’isolamento fornito dal loro grasso, pelle e pelliccia è una questione di sopravvivenza nel gelido Artico. Per gli ingegneri, il pelo dell’orso polare è un modello da sogno per materiali sintetici che potrebbero bloccare il calore proprio come la versione naturale.

Un nuovo isolante ispirato dalla natura

Ora, gli scienziati dei materiali in Cina hanno sviluppato un tale isolante! Riproducendo la struttura dei singoli peli degli orsi polari mentre scalano verso un materiale composto da molti peli per applicazioni ei settori dell’architettura e aerospaziale. Essi riferiscono il loro lavoro in un documento in Chem.

“Il pelo dell’orso polare è stato evolutivamente ottimizzato per aiutare a prevenire la perdita di calore in condizioni di freddo e umidità, il che lo rende un modello eccellente per un isolante termico sintetico”

dice il co-autore senior Shu-Hong Yu, professore di chimica presso l’Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC).

“Facendo l’aerogel di tubi di carbonio, possiamo progettare un analogo materiale elastico che intrappola il calore senza degradarsi sensibilmente nel corso della sua vita”.

A differenza dei peli degli esseri umani o di altri mammiferi, i peli degli orsi polari sono cavi. Ingranditi al microscopio, ognuno di essi ha una lunga cavità cilindrica perforata direttamente nel suo centro. Le forme e la spaziatura di queste cavità sono note da tempo per essere responsabili del caratteristico mantello bianco degli orsi polari. Ma sono anche la fonte della notevole capacità di trattenere il calore, della resistenza all’acqua e dell’elasticità della pelliccia, tutte proprietà desiderabili da imitare in un isolante termico.

Replicare i peli degli orsi

“I centri cavi limitano il movimento del calore e rendono i singoli peli leggeri, che è uno dei vantaggi più importanti nella scienza dei materiali”

dice Jian-Wei Liu, professore associato all’USTC. Per emulare questa struttura e portarla ad una dimensione pratica, il team di ricerca – guidato da Yong Ni, professore di ingegneria meccanica all’USTC – ha prodotto milioni di tubi di carbonio scavati, ognuno equivalente ad una singola ciocca di capelli, e li ha avvolti in un blocco di aerogel simile a spaghetti.

Hanno scoperto che, rispetto ad altri aerogel e componenti di isolamento, il design del tubo cavo ispirato all’orso polare era più leggero e più resistente al flusso di calore. Era anche difficilmente influenzato dall’acqua – una caratteristica utile sia per mantenere gli orsi polari caldi durante il nuoto che per mantenere le prestazioni di isolamento in condizioni di umidità. Come bonus, il nuovo materiale era straordinariamente elastico, anche più dei peli stessi, aumentando ulteriormente la sua applicabilità ingegneristica.

Scalare il processo di produzione per costruire isolanti sulla scala del metro sarà la prossima sfida per i ricercatori che puntano a rilevanti usi industriali.

“Mentre il nostro materiale a base di tubi di carbonio non può essere facilmente prodotto in massa al momento, ci aspettiamo di superare queste limitazioni dimensionali mentre lavoriamo verso applicazioni aerospaziali estreme”

dice Yu.

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