Ένα σύγχρονο υλικό, εμπνευσμένο από τη φύση, που μπορεί να ρυθμίσει τη δική του θερμοκρασία και θα μπορούσε εξίσου να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία εγκαυμάτων όπως και να βοηθήσει τις διαστημικές κάψουλες να αντέξουν τις ισχυρές ατμοσφαιρικές πιέσεις βρίσκεται υπό ανάπτυξη στο Πανεπιστήμιο του Nottingham. Γνωρίζουμε ότι οι αυξανόμενες απαιτήσεις της τεχνολογίας έχουν οδηγήσει σε σπουδαίες ανακαλύψεις στην επιστήμη των υλικών. Μια από αυτές που δημοσιεύτηκε πολύ πρόσφατα, αφορά ένα νέο συνθετικό υλικό που ψύχεται μόνο του. Η ψύξη αυτή επιτυγχάνεται μάλιστα σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.
Οι επιστήμονες Mark E. Alston & Robert Barber στο Πανεπιστήμιο του Nottingham μιμούμενοι την φύση ανέπτυξαν ένα συνθετικό πολυμερές που ψύχεται μόνο του. Δεν είναι φυσικά η πρώτη φορά που επιστήμονες μιμούνται τη φύση για την ανάπτυξη καινοτόμων υλικών. Η βιομιμητική, δηλαδή η μίμηση της φύσης για τη δημιουργία έξυπνων υλικών είναι μια αρκετά παλιά τεχνική που έχει οδηγήσει σε μια πληθώρα τεχνολογικών εφαρμογών.
“Μια μεγάλη πρόκληση στην επιστήμη των υλικών είναι να επεξεργαστούμε τον τρόπο ρύθμισης της θερμοκρασίας του υλικού, όπως μπορεί να κάνει το ανθρώπινο σώμα σε σχέση με το περιβάλλον του”, εξηγεί ο επικεφαλής συγγραφέας Mark Alston, Επίκουρος Καθηγητής Περιβαλλοντικής Σχεδίασης από τη Σχολή Μηχανικών.
Η έρευνα χρησιμοποίησε ένα δίκτυο πολλαπλών μικροδιαύλων με ενεργά ρευστά (fluidics) ως μια μέθοδο και απόδειξη της ιδέας για την ανάπτυξη ενός θερμικά λειτουργικού υλικού κατασκευασμένου από ένα συνθετικό πολυμερές. Το υλικό ενισχύεται με ακριβή μέτρα ελέγχου που μπορούν να αλλάξουν αγώγιμες καταστάσεις για να διαχειριστούν τη δική τους θερμοκρασία σε σχέση με το περιβάλλον τους.
Η φύση χρησιμοποιεί ένα ρευστό υγρό για να ρυθμίζει και να διαχειρίζεται τη θερμοκρασία στα θηλαστικά και στα φυτά για να απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία μέσω φωτοσύνθεσης και αυτή η έρευνα χρησιμοποίησε ένα μοντέλο σαν φύλλο για να μιμηθεί αυτή τη λειτουργία στο πολυμερές. “
Στη συγκεκριμένη έρευνα αναπτύχθηκε ένα υλικό που ψύχεται μόνο του, όταν φτάσει σε μια κατάλληλη θερμοκρασία. Γνωρίζουμε, ότι η ψύξη στα φυτά και στα ζώα μπορεί να γίνει μέσω του δικτύου των αγγείων τους. Ο τρόπος λειτουργίας είναι διαφορετικός φυσικά ανάμεσα στα φυτά και στα ζώα, αλλά υπάρχουν ορισμένα κοινά σημεία όπως η δόμηση των αγγείων. Έτσι, στην προκείμενη περίπτωση, οι επιστήμονες έχοντας ως πρότυπο τα αγγεία που έχουν τα φύλλα των φυτών προχώρησαν στην δημιουργία του καινοτόμου υλικού.
Το συνθετικό πολυμερές που συντέθηκε έχει ένα περίπλοκο σύστημα μικρο-καναλιών («αγγείων»), που θυμίζουν αυτά των φύλλων. Η ιδιαίτερη αυτή αρχιτεκτονική του υλικού, λόγω της ρευστομηχανικής οδηγεί στην ψύξη του υλικού στο υπέρυθρο. Ειδικότερα, το καινοτόμο πολυμερές έχει την ιδιότητα να ρυθμίζει μόνο του τη θερμοκρασία του, μετά από εξάτμιση υγρού. Με απλά λόγια, το καινοτόμο υλικό μπορεί να θερμαίνεται από την ηλιακή ακτινοβολία και μετά από κάποια θερμοκρασία να ψύχεται. Η συγκεκριμένη ιδιότητα είναι πάρα πολύ σημαντική για διάφορες εφαρμογές όπως τα φωτοβολταϊκά.
Ο Dr Alston προσθέτει: “Αυτή η προσέγγιση θα οδηγήσει σε ένα προηγμένο υλικό που μπορεί να απορροφήσει υψηλή ηλιακή ακτινοβολία, όπως μπορεί να κάνει το ανθρώπινο σώμα, να ψυχθεί αυτόνομα ανεξάρτητα από το περιβάλλον στο οποίο βρίσκεται. Ένα θερμικά λειτουργικό υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σύστημα θερμικής ρύθμισης από την πρόκληση κακώσεων λόγω ψύξης του δέρματος και την παρακολούθηση και βελτίωση της επούλωσης. ”
Αυτό το είδος διαχείρισης της ροής θερμότητας θα μπορούσε επίσης να αποδειχθεί ανεκτίμητο στην διαστημική πτήση όπου τα υψηλά ηλιακά φορτία μπορούν να προκαλέσουν θερμικές καταπονήσεις στη δομική ακεραιότητα των διαστημικών καψουλών.
Με ρύθμιση της δομικής θερμοκρασίας υλικού του οχήματος, αυτό όχι μόνο θα προωθήσει νέες δομικές ιδιότητες αλλά θα μπορούσε επίσης να παράγει χρήσιμη ισχύ. Αυτή η θερμική ενέργεια θα μπορούσε να αφαιρεθεί από το ανακυκλωμένο ρευστό σύστημα, που θα αποθηκευτεί σε μια δεξαμενή δεξαμενής στην διαστημική κάψουλα. Μόλις καταγραφεί, η ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια ή να θερμανθεί νερό για χρήση από το πλήρωμα.
Τα επόμενα βήματα των ερευνητών αφορούν την ανάπτυξη τέτοιων υλικών σε μεγαλύτερη κλίμακα για την χρήση τους σε πολλές εφαρμογές.
