研究揭示了纤维素纤维的导热性

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研究人员已经开发出一种由纳米级纤维素纤维制成的新材料,该材料具有很高的导热性,这一进步使其成为合成聚合物材料的有用替代品。

艺术家对天然纤维素纤维组合形成CNF纱线的印象,以及放大的部分,显示纱线束内的纳米棒状细丝
艺术家对天然纤维素纤维组合形成CNF纱的方式的印象,以及显示纱线束内纳米棒状细丝的放大切片©2022年小泉纯一郎Shiomi

纤维素是植物细胞壁的关键结构成分,其材料强度来源于重叠的纳米纤维。近年来,许多商业产品都使用了纤维素纳米纤维(CNF)材料,因为其强度和耐用性使其成为聚合物基材料(如塑料)的良好替代品。

现在,由日本东京大学盐尾纯一郎教授领导的研究小组首次东京大学工程研究生院研究了之前未知的CNF热性质。

Shiomi在一份声明中说:“如果你看到植物来源的材料,如纤维素或木质生物质在应用中使用,它通常是机械或隔热性能被采用。”“然而,当我们探索由CNF制成的纱线的热性能时,我们发现它们表现出一种不同的热行为,热传导,这是非常显著的,比典型的木质生物质或纤维素纸高约100倍。”

更多的材料

据东京大学称,cnf传导热量的方式与它们的制造方式有关。自然界中的纤维素纤维是非常杂乱的,但一种叫做“流动聚焦法”的方法将纤维素纤维结合起来,以同样的方式定向它们,生成CNF。正是这种紧密结合和排列的棒状纤维束允许热量沿着束传递,而在一个更混乱的结构中,它会更容易散热。

Shiomi说:“我们的主要挑战是如何测量如此小的物理样品的热导率,并具有很高的准确性。”“为此,我们求助于一种叫做t型热导率测量的技术。它使我们能够测量直径仅为微米的棒状CNF纱样品的导热系数。但我们的下一步是对二维类似纺织品的样品进行精确的热测试。”

Shiomi和他的团队希望他们的调查和未来对CNF作为一种导热材料的探索可以为工程师提供一种替代对环境有害的聚合物。

在热传导很重要的应用中,例如某些电子或计算组件,由于CNF和其他植物基材料的生物可降解性质,它可以大大减少电子垃圾的后果。

该团队的研究结果发表在纳米快报