چرا این فناوری جدید با الهام از Camel Fur بسیار جالب است علوم پایه


برای زنده ماندن در صحرا ، شتر هم به عرق و هم به خز احتیاج دارد. طبق گفته مهندس جفری گروسمن از انستیتوی فناوری ماساچوست. گروسمن می گوید: “اگر خز نداشت ، خیلی سریع عرق می کرد و آب آن کم می شد ، که منبع بسیار ارزشمندی برای یک شتر است.” مهندس تعجب کرد که آیا می تواند با لایه لایه شدن دو ماده از غدد عرق شتر و خز عایق تقلید کند؟ در مطالعه جدیدی که امروز در ژورنال منتشر می شود جوئل، گروسمن به طور مفصل فناوری نوآورانه جدیدی را توصیف می کند که می تواند بدون نیاز به انرژی اضافی برای خنک سازی مواد غذایی و دارویی استفاده شود.

برای لایه زیرین سیستم الهام گرفته از شتر ، گروسمن از هیدروژل استفاده می کند ، یک شبکه پلیمری بسیار جاذب که با آب فوق العاده شارژ می شود. با تبخیر آب از هیدروژل ، مایع سطحی را که روی آن قرار دارد خنک می کند. لایه بالایی که توسط گروسمن ایجاد شده است ، از یک آئروژل تشکیل شده است ، یک ساختار سیلیکونی آبگریز پر از منافذ ریز که ماده را بیش از 90 درصد هوا می کند – این ماده عنوان “سبک ترین جامد جهان” را به خود اختصاص می دهد. آیرگل مانند خز شتر عمل می کند. ، هیدروژل را از دمای گرمتر محیط عایق کرده و تبخیر آب را برای ظرفیت خنک سازی طولانی مدت کاهش می دهد

گروسمن می دانست که لایه روی هیدروژل باید عایق و متخلخل باشد تا آب از طریق آن تبخیر شود. گروسمن می گوید ، اگر لایه عایق خیلی نازک باشد ، مانند “داشتن سوسک شتر” است که قادر به جداسازی هیدروژل از گرمای اطراف نیست. اگر لایه آئروژل خیلی ضخیم یا متخلخل ناکافی باشد ، آب هیدروژل نمی تواند تبخیر شود و این فناوری قدرت خنک کنندگی خود را از دست می دهد. گروسمن می گوید: “با طراحی دقیق آئروژل ، به طور کلی از تبخیر سریع آب جلوگیری می کند ، اما نه به طور کامل.” با کاهش سرعت تبخیر ، “شما بیش از هر قطره آب دریافت می کنید.”






سطح مقطع لایه پایه هیدروژل را نشان می دهد که با یک لایه آئروژل پوشانده شده و عرق و خز شتر را تقلید می کند.

(Zhengmao Lu و Ningxin Chen / موسسه فناوری ماساچوست)

برای سنجش نحوه اجرای روش دو لایه ، گروسمن و تیمش یک سنسور حرارتی را در زیر لایه ها قرار دادند و سیستم را در محفظه ای با رطوبت و دما کنترل شده قرار دادند. با تبخیر مایع در محفظه 86 درجه فارنهایت ، سنسور دمای زیر هیدروژل را کنترل می کند. تیم تحقیق خلاقیت الهام گرفته از شتر را با لایه ای از هیدروژل بدون پوشش مقایسه کردند. سیستم دو لایه دما را فقط نزدیک به هیدروژل کاهش می دهد ، اما لایه دوئل این قدرت خنک کنندگی را خیلی بیشتر حفظ می کند. گروسمن دریافت كه ورقه ورقه ها زمان خنك سازی را 400 درصد افزایش می دهند.

گروسمن در توصیف دوره طولانی خنک سازی گفت: “من فکر نمی کردم بتوانیم به همان ظرفیت خنک کننده نزدیک شویم و به این حد برسیم.” “این چیزی است که شما در تحقیقات می گیرید و واقعاً خوشحال هستید زیرا بسیار خوب کار می کند.” گروسمن می گوید دانشمندان قبلاً از هیدروژل ها برای خنک سازی سطوح استفاده کرده اند ، اما آنچه انجام نشده افزودن مواد دیگر است روی آن ، که استفاده بسیار خاصی دارد. “

کیو-چول کنت پارک ، مهندس دانشگاه نورث وسترن که در این ماجرا دخیل نبوده ، می گوید: اگرچه هیدروژل و آئروژل جدید نیستند ، اما ترکیب آنها از این طریق جدید است. “من خودم به این نوع ترکیب دو ماده فکر نکرده ام – بنابراین از دیدن این سند بسیار هیجان زده ام.” پارک مانند گروسمن به گیاهان و حیوانات نگاه می کند تا از تحقیقات خود الهام بگیرد. از آنجا که ایجاد شفاف است ، پارک خوشبین است که می تواند از آن برای عایق بندی سطوحی مانند پنجره ها استفاده شود.

گروسمن معتقد است که این فناوری می تواند در بسیاری از مناطق که به خنک کننده منفعل نیاز دارند ، اعمال شود – این بدان معنی است که برای هدایت روند نیازی به انرژی خارجی نیست. برنامه های کاربردی احتمالی شامل ذخیره مواد غذایی عایق بندی شده ، تجهیزات پزشکی و ساختمانها است.

مری آن میدور ، استاد مهندسی دانشگاه اکرون و دانشمند سابق ناسا که در این ماجرا دخیل نبود ، گفت: یکی از موانع استفاده از این نوع فناوری ، نیاز به مرطوب نگه داشتن هیدروژل است. از آنجا که هیدروژل قدرت خود را از آب می گیرد ، پس از تبخیر این آب ، ماده دیگر سطحی را که روی آن قرار دارد خنک نمی کند. در حالی که شترها می توانند برای پر کردن رطوبت پوست خود عرق کنند تا مفید واقع شود ، ژل باید مرتباً با آب پر شود – مشکلی که گروسمن و تیمش برای حل آن تلاش می کنند. به عنوان مثال اگر بتوان این نوع سیستم دو لایه را با آب باران یا میعان دوباره احیا کرد ، ظرفیت خنک کننده آن می تواند بی نهایت باشد.

روند پیچیده ای که برای ساخت ایرژل استفاده شده است ، به این معنی است که در حال حاضر گرانتر از سایر عایق های موجود در بازار است – 1 دلار در هر سانتی متر مکعب – گرچه گروسمن خوش بین است که تکنیک های تولید می تواند هزینه ها را در آینده کاهش دهد. در حالی که هیدروژل انعطاف پذیر و انعطاف پذیر است ، ایروژل سیلیکونی سنتی سخت و شکننده است. لایه فوقانی سخت یکی دیگر از موانع استفاده از این فناوری برای محصولاتی مانند لباس یا عایق بندی ساختمان است ، زیرا مواد به راحتی خراب می شوند ، گرچه میادور و سایرین ایرگل هوا انعطاف پذیر ایجاد می کنند.

گروسمن سپس روی ایجاد یک لایه سوم روی آئروژل کار کرد که به عنوان یک کلید برای روشن و خاموش کردن سیستم عمل می کرد. در دماهای خاص ، لایه سوم امکان تبخیر را فراهم می کند ، اما در دماهای پایین – درصورتی که نیازی به خنک کننده نباشد – سوئیچ بسته می شود و از اتلاف آب غیرضروری جلوگیری می کند.

پارک می گوید ، شاید یکی از دلایلی که هیچ کس به فکر ترکیب هیدروژل و آئروژل نبوده است ، این باشد که این کار دو زمینه مختلف علم مواد را با هم ترکیب کرده است.

“بعضی اوقات موانع ذهنی یا جسمی برای غلبه بر آنها وجود دارد تا بتوانیم مواد یا سیستمهای مختلفی را به هم متصل کنیم. اما این نویسندگان با الهام گرفتن از طبیعت می توانند در واقع از این سد عبور کنند. ” “من فکر می کنم این زیبایی تحقیقات الهام گرفته شده است.”




منبع: khabar-top.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*