För isbjörnar, isoleringen som deras fett ger, hud, och päls är en fråga om överlevnad i det iskalla Arktis. För ingenjörer, isbjörnshår är en drömmall för syntetiska material som kan låsa in värmen lika bra som den naturliga versionen. Nu, materialforskare i Kina har utvecklat en sådan isolator, reproducera strukturen hos individuella isbjörnshår samtidigt som den skalas mot ett material som består av många hårstrån för verkliga tillämpningar inom arkitektur- och flygsektorn. Deras arbete visas den 6 juni i tidskriften Chem .

"Isbjörnshår har evolutionärt optimerats för att förhindra värmeförlust i kalla och fuktiga förhållanden, vilket gör den till en utmärkt modell för en syntetisk värmeisolator, " säger co-senior författare Shu-Hong Yu, en professor i kemi vid University of Science and Technology of China (USTC). "Genom att göra tubaerogel av kolrör, vi kan designa ett analogt elastiskt och lätt material som fångar värme utan att försämras märkbart under dess livstid."

Till skillnad från hår på människor eller andra däggdjur, isbjörnhåren är ihåliga. Zooma in under ett mikroskop, var och en har en lång, cylindrisk kärna stansad rakt genom mitten. Formerna och avståndet mellan dessa håligheter har länge varit kända för att vara ansvariga för deras distinkta vita rockar. Men de är också källan till anmärkningsvärd värmehållande förmåga, vattentålighet, och stretchighet, alla önskvärda egenskaper att imitera i en värmeisolator.

"De ihåliga centran begränsar värmerörelsen och gör även de individuella hårstråna lätta, vilket är en av de mest framstående fördelarna inom materialvetenskap, säger Jian-Wei Liu, docent vid USTC. För att efterlikna denna struktur och skala den till en praktisk storlek, forskargruppen – dessutom leds av Yong Ni, en maskinteknikprofessor vid USTC – tillverkade miljontals ihåliga kolrör, var och en motsvarar ett enda hårstrå, och lindade dem till ett spagettiliknande aerogelblock.

Jämfört med andra aerogeler och isoleringskomponenter, de fann att den isbjörnsinspirerade ihåliga rördesignen var lättare och mer motståndskraftig mot värmeflöde. Den påverkades knappt av vatten – en praktisk funktion både för att hålla isbjörnar varma medan de simmar och för att upprätthålla isoleringsprestanda under fuktiga förhållanden. Som en bonus, det nya materialet var utomordentligt stretchigt, ännu mer än själva hårstråna, ytterligare öka dess tekniska tillämpbarhet.

Att skala upp tillverkningsprocessen för att bygga isolatorer i meterskala snarare än centimeter ett kommer att bli nästa utmaning för forskarna eftersom de siktar på relevant industriell användning. "Medan vårt kolrörsmaterial inte lätt kan massproduceras för tillfället, vi förväntar oss att övervinna dessa storleksbegränsningar när vi arbetar mot extrema rymdapplikationer, säger Yu.