作者:宗华 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/3/11 19:31:27
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纳米木材隔热出色

近距离观察山毛榉木,会发现平行的纤维。

图片来源:DR KEITH WHEELER/SCIENCE PHOTO LIBRARY

树木是新的泡沫聚苯乙烯。通过去掉木材中所有的填充材料、仅留下裸露的纤维,研究人员证实由此获得的“纳米木材”超越了几乎所有现有的隔热体。相关成果日前发表于《科学进展》杂志。

来自美国马里兰大学的Liangbing Hu带领团队开发了这种纳米木材。他们将木材暴露于廉价、简单的化学物质——氢氧化钠、亚硫酸钠和过氧化氢。这些化学物质将木材中由木质素和半纤维素构成的细胞壁剥离,仅留下纤维素的骨架纳米纤维。

正是这些残存的纳米纤维的平行排列,赋予了纳米木材不同寻常的属性。热量无法轻易穿过纤维并且大部分被反射回来,尤其是因为木材中原本传递热量的所有固体填充材料已经消失,而是由导电性很差的空气替代。

同时,由于残存的纤维是并列的,它们能帮助消散任何渗透进来的热量,因此热量无法被集中起来。Hu介绍说,这种热传导的二元性,即一方面阻止热量渗透,另一方面消散任何进入的热量,为其提供了优于其他隔热体的巨大优势。

“这再次证明,大自然超越了人类。”来自普渡大学的Jeff Youngblood表示。Youngblood的工作同样聚焦产生源自木材的工业用产品。

实验室测试证明,纳米木材阻止热量渗透的能力与泡沫聚苯乙烯等同。后者在阻挡热量方面比环氧树脂、普通木材和玻璃优越上百倍。同时,纳米木材表现出令人难以置信的强大性能,可承受13兆帕载荷——相当于每平方英尺近2000磅的压强。

虽然接受测试的样品仅有15厘米长、2厘米厚,但研究人员表示,它可被制成现有的几乎任何尺寸或形状。Hu表示,由于该材料是如此通用,以至于它可被用于为整座建筑物、微小电脑组件或者飞机、太空飞船和汽车中的引擎隔热。

它还很轻,并且制造起来相对廉价——生产每平方米材料所需的化学物质成本为7美元。同时,该材料能产生巨大的环保效益,因为它是由普通的可回收木材制成。“树木能储存而非释放二氧化碳。”已成立初创公司使该材料商业化的Hu表示。(宗华)

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