Breien voor het klimaat: Synthetische vezels gebaseerd op het ijsbeerpatroon moeten helpen verwarmingsenergie te besparen

Foto's van het gebreide jasje zijn te zien in het huidige nummer van het gespecialiseerde tijdschrift “Science”.. Tricotsteek met geribbelde manchetten, zo eenvoudig mogelijk gebreid. Het is ook niet het breipatroon dat momenteel wereldwijd de aandacht trekt voor dit onderzoek. Wat witte wol onderscheidt, is dat onderzoekers uit de Chinese stad Hangzhou het hebben ontworpen als het haar van een ijsbeer. Dankzij jou houdt een dunne jas je net zo warm als een dikke.

“Materialen die je met een hoog rendement warm houden, zijn niet alleen nodig in ons dagelijks leven voor ons persoonlijke warmtebeheer”, schreef materiaalonderzoeker Mingrui Wu, hoofdauteur van het onderzoek, in een e-mail aan WELT. “Hiermee kun je ook het energieverbruik verminderen.”

Met andere woorden: toen ijsberen lang geleden bestonden verdwijnen Omdat ze zonder eeuwig ijs in hun thuis ten noorden van de poolcirkel niet langer op voldoende zeehonden kunnen jagen om zichzelf vol te houden, zouden synthetische vezels, gemodelleerd naar hun menselijke vacht, moeten helpen meer koolstofdioxide te besparen.

Wu werkt aan de Zhejiang Universiteit in één Een werkgroep van specialisten in ‘levensgeïnspireerde materialen’Zoals hij zegt. Daar vandaan komen leren hoesjes voor elektronische apparaten en namaakparelmoer gemaakt van zijden bouwstenen.

Het is bekend dat het haar van ijsberen een speciale structuur heeft, het is als het ware hol. “Er zit een poreuze, luchtige kern ingekapseld in een dikke schaal. “We wilden begrijpen wat dieren helpt te overleven in extreem koude gebieden”, zegt Wu over hoe het allemaal begon.

De poreuze binnenkant houdt veel lucht vast. Lucht heeft een isolerende werking en voorkomt verlies van lichaamswarmte. Het dikke fineer geeft de structuur stabiliteit. Wu en zijn collega's gebruikten zogenaamde aerogels om de vezels te kernen. Aerogel werd meer dan 90 jaar geleden ontwikkeld en vormt een stevig, zeer poreus materiaal dat uitstekende isolatie biedt. Gels zijn nog niet geschikt voor textiel. Toen ingenieurs probeerden er vezels van te maken, scheurden de vezels heel gemakkelijk en konden ze daarom niet worden geweven.

Lees ook

Chinese onderzoekers hebben dit probleem overwonnen door aerogelvezels te bedekken met een thermoplastisch polyurethaan. Nu kon van de aerogel niet alleen een draad worden gemaakt, maar deze draad was ook rekbaar genoeg om te worden genaaid. Het resulterende jack had in het laboratorium verbazingwekkende eigenschappen: bij -20 graden Celsius hield het de lichaamswarmte net zo goed vast als een donsjack dat vijf keer dikker was.

Om een ​​longitudinaal parallelle microstructuur te verkrijgen, gebruikte het team van Wu een vriesspintechniek: een draad vloeibare aerogel wordt langzaam door een koude koperen ring geleid. Door de lage temperatuur groeien de kristallen van het schroefdraadmateriaal altijd in een bepaalde richting. Hierdoor ontstaan ​​stijve structuren met grote luchtspleten. Na nog een stap, het vriesdrogen, wordt de structuur stabiel.

De aerogelvezels werden vervolgens door vloeibaar polyurethaan getrokken. Afhankelijk van de viscositeit van de oplossing heeft de vezelachtige schaal verschillende diktes. De afmetingen waartoe de onderzoekers uiteindelijk zijn gekomen, verschillen duidelijk van die van ijsberenhaar: bij het natuurlijke materiaal is de schaal bijna net zo dik als de luchtige kern, terwijl deze bij synthetische vezels veel dunner is.

Uit tests is gebleken dat dit het ideale compromis is tussen isolatie en stabiliteit: deze vezels kunnen tien keer hun lengte worden uitgerekt zonder beschadigd te raken, en zelfs als dit tienduizend keer zou worden herhaald, zouden ze de warmte nog steeds op dezelfde manier isoleren als voorheen. behandeling. .

De isolatie-eigenschappen werden vergeleken door de temperatuur aan de buitenkant van het textiel te meten, en hoe meer lichaamswarmte door de stof verloren ging, hoe hoger deze waarde. Bij -20 graden Celsius was de buitentemperatuur van het katoenen overhemd 10,8 graden, het wollen overhemd 7,2 graden, het donsjack 3,8 graden – en het synthetische ijsbeerjack 3,5 graden. Hoe lager de temperatuur, hoe beter de isolatie van de kleding.

Dit veranderde niet na het wassen. Dit is nog een voordeel van de nieuwe vezels, omdat de meeste aerogels hun functie verliezen als ze in contact komen met water, dat intact blijft. Het proefjack is helemaal wit als ijsberen. Maar dit hoeft niet het geval te zijn: als er een kleurstof aan het aerogelmengsel wordt toegevoegd, worden de vezels gekleurd omdat de polyurethaancoating transparant is.

Over het geheel genomen is het een heel praktisch idee dat momenteel met een groot probleem gepaard gaat: de vriesspintechnologie is te traag om het proces in industriële productie te gebruiken. Het gebruikelijke natte spinproces produceert in dezelfde tijd ongeveer tien keer zoveel vezels.