خواص حرارتی شگفت‌انگیز نانوفیبرهای سلولزی
مواد مشتق‌شده از گیاهان مانند سلولز اغلب خواص عایق حرارتی از خود نشان می‌دهند. ماده جدیدی که از الیاف سلولزی در مقیاس نانو ساخته شده است، رسانایی حرارتی معکوس و بالایی را نشان می‌دهد.
این امر آن را در مناطقی که قبلاً تحت سلطه مواد پلیمری مصنوعی بودند، مفید می‌کند. مواد مبتنی بر سلولز نسبت به پلیمرها مزایای زیست‌محیطی بیشتری دارند، بنابراین تحقیق در مورد این ماده می‌تواند به کاربردهای فناوری سبزتر در جایی که رسانایی حرارتی مورد نیاز است، منجر شود.
سلولز یک جزء ساختاری کلیدی در دیواره‌های سلولی گیاهان است و دلیل رشد درختان تا چنین ارتفاعی است.
اما راز استحکام مواد آن در واقع در الیاف نانوسکوپی همپوشانی آن نهفته است. در سال‌های اخیر، بسیاری از محصولات تجاری از مواد نانوفیبر سلولزی (CNF) استفاده کرده‌اند زیرا استحکام و دوام آنها، آنها را به جایگزینی مناسب برای مواد پلیمری مانند پلاستیک تبدیل می‌کند که می‌توانند برای محیط زیست مضر باشند.
اما اکنون و برای اولین بار، یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور جونیچیرو شیومی از دانشکده مهندسی دانشگاه توکیو، خواص حرارتی ناشناخته CNF را بررسی کرده‌اند و یافته‌های آنها نشان می‌دهد که این مواد می‌توانند حتی مفیدتر نیز باشند.
تحقیقات آنها در Nano Letters منتشر شده است.
شیومی گفت: «اگر مواد مشتق‌شده از گیاهان مانند سلولز یا biomassچوبی را در کاربردها مشاهده کنید، معمولاً از خواص مکانیکی یا عایق حرارتی آنها استفاده می‌شود.
با این حال، هنگامی که ما خواص حرارتی نخ ساخته‌شده از CNF را بررسی کردیم، متوجه شدیم که آنها نوع متفاوتی از رفتار حرارتی، یعنی رسانایی حرارتی، را نشان می‌دهند و این بسیار قابل توجه است، حدود ۱۰۰ برابر بیشتر از biomass چوبی معمولی یا کاغذ سلولزی.»
دلیل اینکه نخ ساخته شده از CNF می‌تواند گرما را به خوبی هدایت کند، به نحوه ساخت آن برمی‌گردد. الیاف سلولز در طبیعت بسیار نامنظم هستند، اما فرآیندی به نام روش
flow-focusing ، الیاف سلولز را با هم ترکیب می‌کند و آنها را به همان روش جهت می‌دهد تا CNF را ایجاد کند.
این دسته محکم و هم‌تراز الیاف میله‌ای شکل است که اجازه می‌دهد گرما در امتداد دسته منتقل شود، در حالی که در یک ساختار آشفته‌تر، گرما راحت‌تر پخش می‌شود.
شیومی گفت: “چالش اصلی ما این بود که چگونه رسانایی حرارتی چنین نمونه‌های فیزیکی کوچکی را با دقت زیاد اندازه‌گیری کنیم.”
«برای این کار، ما به تکنیکی به نام اندازه‌گیری رسانایی حرارتی نوع T روی آوردیم. این تکنیک به ما اجازه داد تا رسانایی حرارتی نمونه‌های نخ CNF میله‌ای شکل را که قطر آنها فقط میکرومتر (یک میکرومتر معادل یک هزارم میلی‌متر) است، اندازه‌گیری کنیم.
اما گام بعدی برای ما انجام آزمایش‌های حرارتی دقیق روی نمونه‌های دوبعدی شبه‌منسوجات است.»
شیومی و تیمش امیدوارند که تحقیقات و کاوش‌های آینده آنها در مورد استفاده از CNF به عنوان یک ماده رسانای حرارتی بتواند جایگزینی برای برخی از پلیمرهای مخرب محیط زیست در اختیار مهندسان قرار دهد.
در کاربردهایی که انتقال حرارت مهم است، مانند برخی از اجزای الکترونیکی یا محاسباتی، به لطف ماهیت زیست تخریب‌پذیر CNF و سایر مواد گیاهی، می‌تواند عواقب ناشی از تجهیزات الکترونیکی دور ریخته شده یا زباله‌های الکترونیکی را تا حد زیادی کاهش دهد.
لینک مفید:محققان برای تولید طلا و نقره از نانو سلولز استفاده می کنند
بیشتر بدانید:وسایل الکترونیکی می‌توانند روی درختان رشد کنند!
بیشتر بخوانید:راه حلی جدید برای حذف مواد شیمیایی مضر از محیط زیست
تاریخ:1404/6/31
مهسا نعمتی
