Целлюлоза является ключевым структурным компонентом клеточных стенок растений и является причиной того, что деревья могут вырасти до такой высоты. Но секрет прочности его материала на самом деле заключается в его перекрывающихся наноскопических волокнах. В последние годы во многих коммерческих продуктах используются материалы из целлюлозных нановолокон (CNF), поскольку их прочность и долговечность делают их хорошей заменой материалам на основе полимеров, таким как пластмассы, которые могут наносить вред окружающей среде. Но теперь и впервые исследовательская группа, возглавляемая профессором Дзюнъитиро Шиоми из Высшей инженерной школы Токийского университета, исследовала ранее неизвестные тепловые свойства CNF, и их результаты показывают, что эти материалы могут быть еще более полезными.

"Если вы видите материалы растительного происхождения, такие как целлюлоза или древесная биомасса, используемые в приложениях, обычно используются механические или теплоизоляционные свойства", - сказал Шиоми. "Однако, когда мы исследовали тепловые свойства пряжи, изготовленной из CNF, мы обнаружили, что они демонстрируют другой вид теплового поведения, теплопроводность, и это очень значительно, примерно в 100 раз выше, чем у обычной древесной биомассы или целлюлозной бумаги".

Причина, по которой пряжа, изготовленная из CNF, так хорошо проводит тепло, заключается в способе ее изготовления. Целлюлозные волокна по своей природе очень неорганизованны, но процесс, называемый методом фокусировки потока, объединяет целлюлозные волокна, ориентируя их одинаковым образом, для создания CNF. Именно этот плотно связанный и выровненный пучок стержнеобразных волокон позволяет теплу передаваться вдоль пучка, тогда как в более хаотичной структуре он рассеивал бы тепло легче.

"Наша главная задача заключалась в том, как измерить теплопроводность таких небольших физических образцов с большой точностью", - сказал Шиоми. "Для этого мы обратились к методике, называемой измерением теплопроводности Т-типа. Это позволило нам измерить теплопроводность образцов нити CNF в форме стержня, диаметр которых составляет всего микрометры (микрометр, равный одной тысячной миллиметра). Но следующим шагом для нас является проведение точных термических испытаний на двумерных образцах, похожих на текстиль".

Шиоми и его команда надеются, что их исследование и будущие изыскания в области использования CNF в качестве теплопроводящего материала могут дать инженерам альтернативу некоторым полимерам, наносящим вред окружающей среде. В приложениях, где важна теплопередача, таких как определенные электронные или вычислительные компоненты, это может значительно уменьшить последствия выброса электронного оборудования или электронных отходов, благодаря биоразлагаемой природе CNF и других материалов на растительной основе.