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[科学探索] “漂白”后的纳米木材 竟拥有出众的隔热性能

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aabbcd1234 发表于 2018-3-13 16:08:42
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马里兰大学的工程师们已经打造了一种全新的隔热材料,与泡沫塑料或气凝胶相比,其效果至少可以达到 10℃、强度是泡沫塑料的 30 倍以上、对环境也更加友好。研究人员称之为“纳米木材”(Nanowood),它是从普通木材上切割而来(实验初期选择的是美国本土的椴木),然后去除所有的木质素(木材呈现棕/黄色和硬度的主因)。
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“纳米木材”在常规环境条件下隔绝了一年(前)后的样子

当木材的颜色从黄色彻底“漂白”成了白色,就说明木质素已经被完全去除了。实际上,这一过程和造纸很是类似。木头被切割后,可以留意它的纹理。
加氢氧化钠和亚硫酸钠水煮,然后用双氧水(过氧化氢)处理,以去除木质素和大部分的半纤维素。接着冷冻干燥、以保持木材的结构,而不是如你所想的那样拿去造纸。
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可加工成“卷”、“纸”、“块”等形式

将木质素从木块中抽出后,剩下的就是一种重量极轻、白色的纤维素,即木材原本的支架结构。与家用隔热常用的聚乙烯、或硅类材料相比,其隔热效果要高出好几个层级。
与此同时,其管状形状,也赋予了各向异性(anisotropic properties)。热量可以自由地在纤维线上穿梭,但在另一个方向上,就没有那么容易了。
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微观结构图 - 热量轻松通过隧道管疏散,而不是穿越过去,产生强烈的各向异性。

设计师们可以利用这项特性,将热量传递到他们认为合适的地方,并在其它地方阻挡住 —— 改变纳米纤维的方向即可。
此外天然纤维素的纤维还具有低应变性。在单向崩溃测试中,其强度实测为发泡材料(聚苯乙烯)的 30 倍以上。此外由于整体显现白色,其反射太阳光的效果也很出众。
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实验室中的“纳米木材”

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上图为普通木材变成“纳米木材”的过程

这项研究由博士后学生 Tian Li 和助理教授 Liangbing Hu 带领,他们认为这是一种很吸引人的材料,但在其走入千家万户之前,仍有许多工作要完善,比如防火处理。
毕竟由于木材的高度易燃特性,想要在建筑行业使用,就必须符合防火要求。但在另一方面,纳米木材拥有可生物降解的环保特性,以及方便地加工成纸片、木块、或卷曲等形式。
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“纳米木材”的生产流程

最后,阻挡这项技术大规模商用的关键,就是“干燥、漂白”木材的成本。如果成本居高不下,那么短时间内也是无法投入实际运用的。
有关这项研究的详情,已经发表在 3 月 9 日出版的《科学进展》(Science Advances)期刊上。原标题为:
《Anisotropic, lightweight, strong, and super thermally insulating nanowood with naturally aligned nanocellulose》
[编译自:NewAtlas , 来源:University of Maryland]
稿源:cnBeta.COM
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