纤维素纳米纤维令人惊讶的热性能

纤维素等植物衍生材料通常具有隔热性能。一种由纳米级纤维素纤维制成的新材料显示出相反的高导热性。这使得它在以前以合成聚合物材料为主的领域非常有用。基于纤维素的材料比聚合物具有环境优势，因此对此的研究可能会导致需要导热性的更环保的技术应用。

纤维素是植物细胞壁的关键结构成分，也是树木能够长到如此高度的原因。但其材料强度的秘密实际上在于其重叠的纳米级纤维。近年来，许多商业产品已使用纤维素纳米纤维 (CNF) 材料，因为它们的强度和耐用性使其成为聚合物基材料(例如可能对环境有害的塑料)的良好替代品。

但是现在，由东京大学工程研究生院的 Junichiro Shiomi 教授领导的研究小组首次研究了 CNF 以前未知的热特性，他们的发现表明这些材料可能更有用。他们的研究出现在Nano Letters上。

“如果你看到在应用中使用植物衍生材料，例如纤维素或木质生物质，那么通常使用的是机械或隔热性能，”Shiomi 说。“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不同类型的热行为，即热传导，而且非常显着，比典型的木质生物质或纤维素纸高 100 倍左右。 "

由 CNF 制成的纱线能够很好地导热的原因在于它的制造方式。自然界中的纤维素纤维非常杂乱无章，但是一种称为流动聚焦法的过程将纤维素纤维结合在一起，以相同的方式将它们定向，从而产生 CNF。正是这种紧密结合和对齐的棒状纤维束允许热量沿纤维束传递，而在更混乱的结构中，它更容易散热。

“我们的主要挑战是如何以高精度测量如此小的物理样品的热导率，”Shiomi 说。

“为此，我们求助于一种称为 T 型热导率测量的技术。它使我们能够测量直径仅为微米(等于千分之一毫米)的棒状 CNF 纱线样品的热导率. 但对我们来说，下一步是对二维纺织品样样品进行准确的热测试。”

CNF的秘密。艺术家对天然纤维素纤维组合形成 CNF 纱线的方式的解释，以及显示纱线束内纳米级棒状细丝的放大截面。学分：潮见纯一郎

Shiomi 和他的团队希望他们对使用 CNF 作为导热材料的调查和未来探索可以为工程师提供一些对环境有害的聚合物的替代品。在传热很重要的应用中，例如某些电子或计算组件，由于 CNF 和其他植物基材料的可生物降解特性 ，它可以大大减少废弃电子设备或电子垃圾的后果。