Группа инженеров разработала новую отражающую инфракрасное излучение металлизированную полимерную пленку, вдохновленную изменяющей цвет кожей кальмара. Настраиваемые изоляционные свойства композита могут сделать его полезным во всем, от кофейных чашек до транспортных контейнеров, а также пригодны для вторичной переработки и экономичного производства в больших масштабах.
Кальмар, часто почетный гость в меню ресторанов, настолько странный морской обитатель, что его легко спутать с существом из космоса. Помимо своих ловких щупалец, реактивного движения, высокого интеллекта (для моллюска) и глаз пугающе похожих на человеческие, кальмар разделяет с другими головоногими способность в мгновение ока менять цвет.
Кальмар меняет свои цветовые узоры, чтобы спрятаться от хищников или добычи, или для общения. Он делает это с такой скоростью, что кажется, будто он имеет встроенный цифровой дисплей. На самом деле он осуществляет это с помощью так называемых хроматофоров. Это специализированные мешочки в коже животного, содержащие пигментные гранулы. Передергивая мешочки своими мышцами, кальмар может изменить их полупрозрачность, отражательную способность или непрозрачность.
Используя это в качестве модели, команда инженеров под руководством Алона Городецкого из Калифорнийского университета в Ирвине разработала композитный материал, который, вместо того, чтобы смещать пигмент, регулирует тепло. Он сделан из полимера и металлов и может реконфигурировать свою структуру, чтобы сделать ее более или менее отражающей тепло, в зависимости от того, насколько сильно к ней приложено механическое напряжение.
«Металлические островки в нашем композитном материале располагаются рядом друг с другом, когда материал расслаблен, и разделяются, когда материал растягивается, что позволяет контролировать отражение и передачу инфракрасного света или рассеивание тепла», — сказал Городецкий. «Механизм аналогичен расширению и сжатию хроматофоров в коже кальмара, что изменяет отражение и пропускание видимого света».
Однако дело не только в умном материале самом по себе, но и в усилиях команды сделать его практичным с коммерческой и экологической точек зрения. Путем нанесения меди на алюминиевую подложку и напыления на нее нескольких слоев полимеров, исследователи говорят, что новый материал может производиться в рулонах любого размера с экономией на масштабе, что снижает затраты.
Команда говорит, что пленку можно использовать во всем, от кофейных чашек до сумок для переноски и транспортных контейнеров, и ее преимущество заключается в настраиваемых изолирующих качествах, поэтому вы можете быстро довести какао до пригодной для питья температуры. Кроме того, материалы могут быть переработаны с использованием обычных коммерческих методов путем удаления металлов и повторного использования оставшихся полимеров.
На данный момент материал был испытан в форме кофейной чашки, достигнув 20-кратной модуляции пропускания инфракрасного излучения и 30-кратного регулирования интенсивности теплового потока при стандартных условиях испытаний. Кроме того, материал хорошо выдерживает многократные механические циклы под механическим напряжением.
«Область применения этого материала огромна», — сказал Городецкий. «Подумайте обо всех скоропортящихся товарах, которые были доставлены в дома людей во время пандемии. В любой посылке, которую Amazon или другая компания отправляет и которая требует контроля температуры, может использоваться подкладка, сделанная из нашего адаптивного композитного материала, вдохновленного кальмарами. Теперь, когда мы можем сделать из него большие листы за раз, у нас есть то, что может принести пользу во многих аспектах нашей жизни».
Работа была опубликована в Nature Sustainability.
Источник: UC Irvine
