נוצות פינגווין ושיער דוב כהשראה לפיתוח סיבי בידוד חדשים

נוצות פינגווין ושיער דוב כהשראה לפיתוח סיבי בידוד חדשים

נוצות פינגווין או שיער דובי קוטב הם חומרים מתכלים וקלילים בעלי תכונות בידוד נהדרות. עבור הזוכה במענק ERC, פרופ ' Urszula Stachewicz, הם נותנים השראה ליצירת חומרים חדשים שיאפשרו הגנה יעילה יותר על אלקטרוניקה ומבנים מפני אובדן אנרגיה.

פינגווינים חיים באנטארקטיקה, ודובי קוטב - בקוטב הצפוני. "אז יש להם סיכוי לפגוש זה את זה רק בגן החיות" - מתבדחת  ד"ר הב. אורסולה סטאצ'ביץ ', פרופסור ב- AGH. אף על פי כן, למינים אלה יש משהו במשותף - הם מבלים חלק גדול מחייהם בשלג, ובנוסף הם שחיינים נהדרים - הם יכולים לצלול במים קפואים. מה מונע מהם להתקרר?

צוות פרופ ' סטאצ'ביץ 'מהמרכז למיקרוסקופ אלקטרונים של ה- AGH החליט לחקור את מבנה נוצות הפינגווינים ואת שיער דובי הקוטב בקנה מידה ננומטר. והתברר כי בעלי חיים אלה פיתחו שיטות דומות יחסית להגנה מפני כפור. "גם הנוצה וגם שערו של דוב הקוטב - הכוללים קרטין - נקבוביים מבפנים. התפתחה בתוכם מבנה גיאומטרי  דומה, המעניקה למבנים אלה תכונות בידוד נהדרות" - אומר החוקר.

הוא מסביר כי כיוון הסיבים חשוב, כמו גם גודל והמבנה של הנקבוביות - חורים זעירים שאינם נראים לעין בלתי מזוינת.

"אנו מנסים להבין את הגיאומטריה והמבנה של השלד בתוך נוצות ושיער, וכך ליצור חומרים פולימרים בעלי תכונות דומות. אנו מחקים את מה שהשתנה בטבע  במשך מיליארדי שנים" - אומר פרופ '. סטאצ'ביץ '.

לצורך ביצוע מחקר זה, קיבלה המדענית את מענק המחקר ופיתוח היוקרתי שהוענק על ידי מועצת המחקר האירופית (ERC). בזכות כספים אלה היא תוכל לשכור צוות של 10 אנשים למשך חמש שנים שיעזור לה במחקר.

המענק נוגע לעבודה על סיבי פולימר אלקטרונים חדשים. במסגרת הפרויקט אמורים ליצור גרסאות שונות של ממברנות, שלדברי פרופ ' Stachewicz - ניתן יהיה להתאים אותו לקירור, חימום יעיל יותר או חיסכון בצריכת האנרגיה.

היא מסבירה  כי חומרים בעלי תכונות כאלה יכולים להיות שימושיים, למשל, לבידוד תרמי של מבנים, כבלים או מכשירי מגן, כך שהחום לא יחדור לשם. "זה יכול להיות שימושי גם בייצור חומרים או טקסטיל חכמים" - מוסיפה הזוכה במענק ERC.

פרופ ' סטצ'ביץ מקווה גם שהיא תוכל לייצר כיסוים שיקבלו חום מהתקנים ויאפשרו לו להחזיר אנרגיה זו בהמשך. למשל, במחשב אנרגיה רבה נצרכת על ידי מאוורר. ואם החום מהמעבד נאסף מהפולימר, ואז ניתן היה להחזיר את האנרגיה מחומר זה ולבצע בו שימוש חוזר - ניתן היה להשיג חיסכון משמעותי בצריכת האנרגיה - סבור פרופ '. סטאצ'ביץ '. הוא נותן דוגמא לחדרי שרתים או מחשבי-על, אשר צורכים כמות עצומה של אנרגיה רק ​​כדי לקרר מכשירים. לדעתה, הודות לשימוש בחומרים מודרניים, ניתן לצמצם הפסדי אנרגיה כאלה.

"סיבי הפולימר עליהם אני עובדת הם קרומים שעשויים להיראות קצת כמו רקמה. נקבוביותם, לעומת זאת, גבוהה בהרבה - היא מגיעה ל -90 אחוזים חלל." - הוא אומר. כל אחד מהסיבים המרכיבים את הקרום הוא בגודל של פחות ממיקרון אחד (דק פי מאה משיער אנושי). הנקבוביות בממברנות הללו כה קטנות עד שאי אפשר לראות אותן בעין בלתי מזוינת, אך ישנן כה רבות מהן שהאוויר - מבודד נהדר - ומהווה עד 90 אחוזים. מנפח החומר. משמעות הדבר בנוסף לכך שהמבנה קל מאוד.

הפולימרים צריכים פולימרים מתכלים. המשמעות היא שהם יתפרקו בסביבה.

החוקרת מסבירה כי כחלק מהפרויקט, הצוות שלה יפתח סיבים אלקטרונים חדשים. כיצד נוצרים מבנים כאלה? ראשית, מכינים תמיסת פולימר צמיגה, מפעילים מתח חשמלי וזרם פולימרי נמשך דרך הזרבובית. הממיסים ואז מתאדים, וזרם הפולימר יוצר קרום - רשת של סיבים חסרי סדר.

הפרויקט אמור להתחיל בינואר. "לעת עתה חקרנו את מבנה הנוצות של פינגווינים ודובים כדי לראות כיצד נראה מבנה הבידוד המותאם. כעת עלינו להתחיל לאסוף ציוד ואנשים לפתח קרומים שיחקו את המבנים הטבעיים הללו" - הסבירה פרופ '. סטאצ'ביץ '. (רֶסֶק)

מחבר: לודוויקה טומלה