【新唐人北京时间2022年11月10日讯】东京大学工程研究院潮见纯一郎（Junichiro Shiomi）教授领导的研究小组发现，使用流动聚焦法做出的奈米化纤维素（CNF, Cellulose Nanofiber）材料具有高热传导性。这是人类首次发现这一特性。
该项报告在10月底被刊登在美国着名学术期刊《美国化学会志》上。报告中提到，CNF是一种可再生资源，因为纤维素可以从木材、海洋无脊椎动物等多种植物和微生物提炼获得。
由于含有CNF的建筑材料具有隔热性好、柔韧性好、强度高和分量轻等特性，可被用作为墙壁和屋顶的隔热、降噪和防风材料；又因为其强度高和耐用性强的特点，使其成为聚合物材料（塑料等）的良好替代品。
实验中，科学家利用流动聚焦法将单个CNF细丝黏成纱线，并用相同的方式定向，将其量产出来，最后结合成为CNF长丝线。科学家测量单根CNF长细丝的热导率时发现，它拥有14.5W/mK的热导率，超过一般CNF薄膜（∼1.5W/mK）和其它纯CNF材料。
科研人员用拉曼光谱研究CNF长细丝的结构，观察到导致热导率增强的原因在于细丝具有高结晶度，这是源自于流动聚焦过程中的CNF排列和离子凝胶化，让热量沿着棒状的纤维束进行传递，从而获得良好的导热性。
另外，在制作CNF长细丝的过程中，科研人员使用6至20微米（μm）直径的细丝，发现测量出的热导率各不相同。直径较小的样品往往具有较高的热导率，做出来的这些长丝的平均热导系数为2W至14.5W/mK。
科研人员观察到，CNF中碳氧碳（C-O-C）含量越高，越会降低导热性；而碳氧碳含量越低，越会增加其导热性，这是因为当中会含有较高且活跃的氯（Cl）元素，而较低的氯元素会降低导热性。
为了提高对于CNF细丝热传导的理解，他们分别用氯含量高与低的CNF长细丝进行测试，将这些长细丝在-123℃到27℃（150K～300K）温度范围进行测量，观察细丝的导热性质是否与外在温度有关联。
结果显示，尽管氯元素的含量多寡都有增加导热性质，但温度高也会增加其导热性质。含氯较低者（33.3%）从160K加热至240K时，导热率从0.1W/mK提升至0.5W/mK后趋缓并停止。含氯较高者（70.6%）在温度升至300K时，导热率从原本的3W/mK增至12W/mK。
研究人员解释说，该现象在氯含量较低的CNF长细丝中，会使纤维中的键与键之间吸引力降低，导致纤维密度变小，因此在阻止了温度升高后，会增加CNF长细丝的热传导性质。
潮见纯一郎教授对东京大学的新闻室表示，“一般市面上看到的植物衍生材料大多是隔热和机械性的，但我们发现CNF制成纱线时具有非常显着的热传导性能，比一般的木头或纤维素纸（电工中所用的一种固体绝缘材料）高出100倍左右。”
他们团队希望，对于CNF作为导热材料的调查和探索，可以为工程师提供一些降低对环境有害的聚合物的替代品。让一些电子零件，使用能被生物降解的CNF和其它植物基材料作为替代品，减少废弃电子垃圾造成的污染。
（转自大纪元/责任编辑：叶萍）
