Группа инженеров под руководством Алона Городецкого из Калифорнийского университета в Ирвайне (UCI) разработала новую металлизированную полимерную пленку, вдохновленную меняющей цвет кожей кальмара. Настраиваемые изоляционные свойства композита могут сделать его полезным во многих областях применения, от обычных чашек для кофе до сумок и транспортных контейнеров. Кроме того, композит можно перерабатывать и экономически выгодно изготавливать в промышленных масштабах.

Используя кожу кальмара в качестве модели, команда Калифорнийского университета в Ирвайне разработала композитный материал, регулирующий тепло. Depositphotos

 

Кальмар, такой удивительный обитатель морских глубин, что его легко можно принять за существо из далекого космоса. Помимо ловких щупалец, реактивной тяги и высокого (для моллюска) интеллекта, кальмар способен в мгновение ока менять цвет кожи.

Как правило, кальмар меняет окраску, чтобы спрятаться от хищников или добычи, а также в качестве способа общения. Он делает это с такой скоростью, что кажется в него встроен цифровой дисплей. На самом деле, он делает это с помощью, так называемых хроматофоров. Хроматофоры представляют собой своеобразные мешочки в коже животного, в которых содержатся пигментные клетки. Деформируя эти мешочки с помощью мышц, кальмар может изменять их прозрачность и отражательную способность.

Используя эту модель, команда Калифорнийского университета в Ирвайне разработала композитный материал, который, вместо изменения пигмента, регулирует тепло. Он контролирует тепло с помощью модифицируемых полимернометаллических структур, которые могут реверсивно отделяться друг от друга и вновь соединяться при различных уровнях деформации.

   Профессор инженерной школы UCI Генри Самуэли Алон Городецкий черпает вдохновение в сложных структурах кожи кальмара. Он разрабатывает технологию для создания таких предметов, как одежда, способную согревать или охлаждать владельца по его желанию.

Команда говорит, что пленка может быть использована для изготовления самых разных предметов - от чашек  для кофе до сумок и транспортных контейнеров. Преимущество пленки в том, что ее изоляционные свойства можно регулировать, например, быстро довести температуру вашего напитка до нужной кондиции. Кроме того, материалы могут быть переработаны обычными промышленными методами путем удаления металлов и повторного использования оставшихся полимеров.

"Металлические "островки" в нашем композитном составе расположены рядом друг с другом, когда материал "расслаблен" , и разделяются, когда материал напряжен, что позволяет управлять отражением и передачей инфракрасного излучения или рассеиванием тепла", - говорит Городецкий. "Такой механизм подобен расширениям и сжатиям хроматофоров в коже кальмара. Он изменяет отражение и передачу видимого света".

На данный момент материал был протестирован в виде чашки для кофе, что позволило добиться 20-кратной модуляции передачи инфракрасного излучения и 30-кратного изменения интенсивности теплового потока в условиях тестовых испытаний. Кроме того, материал продемонстрировал устойчивость к высокому уровню механической деформации и многократному механическому циклированию.

"Для этого материала найдется масса применений", - сказал Городецкий. "Подумайте обо всех скоропортящихся товарах, которые были доставлены в дома людей во время пандемии. Любая посылка, которую отправляет Amazon или другая компания и которая нуждается в температурном контроле, может использовать оболочку из нашего адаптивного композитного материала, вдохновленного кальмарами. Теперь, когда мы можем делать большие листы за раз, у нас есть то, что может принести пользу многим аспектам нашей жизни".

Работа была опубликована в журнале Nature Sustainability.

Источник: Калифорнийский университет в Ирвайне, Nature Sustainability.    
https://www.nature.com/articles/s41893-022-00847-2
https://innovation.uci.edu/2019/01/uci-professor-alon-gorodetsky-turns-science-fiction-into-reality/
https://news.uci.edu/2022/03/28/squid-skin-inspired-cup-cozy-will-keep-your-hands-cool-and-your-coffee-hot/