創新複合材料 可絕緣、保溫 大幅延長保存期限 烏賊啟發靈感 咖啡杯能調溫

編譯/韋士塔 |2022.04.23
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研究人員以烏賊皮膚為靈感,研發創新絕緣材料。圖/網路

編譯/韋士塔

創新絕緣材料能讓咖啡在寒冷的日子裡保持熱度,但使用者須感謝的除了科學家,還有肢體能夠變形、皮膚能變色的烏賊。

爾灣加州大學(UCI)的工程師,從烏賊的皮膚獲得靈感,發明一種自動調適的複合材料,能為飲料杯、餐廳外賣袋、包裹甚至貨櫃提供絕緣功能,保持溫度。

UCI化學和生物分子工程副教授葛羅德茲基(Alon Gorodetsky)的研究團隊發現,烏賊的皮膚能伸縮自如,並且能隨意變色。研究人員據此研發出具有適應能力的材料,稱為「紅外線反射鍍金聚合物膜」(Infrared-reflecting metallized polymer film)。

研究團隊以咖啡杯進行的測試證實,這種材料能減緩咖啡的冷卻速度。葛羅德茲基說:「容易腐壞的商品、需要溫度控制的產品如疫苗,都能使用這種複合材料製作的容器包裝,大幅提升物品的保存期限。」目前,研究人員已為這項技術及製造流程申請臨時專利。

研究團隊把這項成果發表在《自然永續性》(Nature Sustainability)期刊,報告指出,這種複合材料能透過金屬結構來調節熱度,這種金屬結構即使分離,仍能恢復原狀並重新組合。這項研究已獲得美國國防高等研究計畫署(DARPA)、能源高等研究計畫署(ARPA-E)及空軍基礎科學研究中心(AFOSR)的贊助。

葛羅德茲基指出:「複合材料中的金屬結構部分,在材料保持原狀時會彼此連結,材料被拉伸時則會分離;這種特性能夠控制紅外線的反射、透射或散熱。此一機制,類似烏賊透過皮膚中色素細胞的膨脹、收縮,改變可見光的反射、透射。」

烏賊可透過色素細胞大小的變化與同類溝通,偽裝以捕食獵物或逃避捕食者。葛羅德茲基表示,研究團隊模擬這種機制,研發出「可調節溫度」的新材料,有助於提高保暖、保冷時的能源使用效率,也能避免使用者的肢體受高溫或嚴寒傷害。

研究人員指出,這種複合材料的重大突破之一,是他們找出具有成本效益的生產方式;團隊把銅膜置於鋁箔等可重複使用的基礎材料上,接著在銅膜上噴塗數層聚合物,從而大量生產。由於銅及橡膠原料的售價相對較低,量產後更能進一步壓低成本。

葛羅德茲基表示:「我們目前正在實驗室繼續改善新材料的製造方法,希望讓這種顛覆性的材料盡可能完美;科學家一直在研究烏賊這類生物的特性,希望研發出具適應性的材料及系統,但以前我們能製作的數量相對較少,難以壓低成本。如今我們研發出能在工廠大量生產的方法。」

參與這項研究的前UCI化學和生物分子工程博士後學者巴德薩赫(Mohsin Badshah)表示,複合材料的應用範圍非常廣泛,包括任何需要調節溫度的容器,或者是帳篷。此外,這種材料也不會對環境造成衝擊,因為只需使用醋即可去除材料中的銅,並以目前已相當成熟的商業技術大量回收,重新利用這種可拉伸的聚合物。

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