以木頭製成的隔熱材料,具有比發泡膠更佳的絕熱能力

Nanowood(圖:Tian Li)

在當今發展的能源科技上,隔熱材料是相當重要的一環。透過使用絕熱能力佳的材料,能夠避免能源以熱能的方式耗散掉,從而更有效地儲存能源。

而日前,美國馬里蘭大學( University of Maryland )的一組研究團隊以木頭為原料,研發出一種絕熱效果比發泡膠強 30 倍,且為生物可分解的環境友善材料 Nanowood 。

各向異性

研究人員將木頭中的木質素( lignin )及較短的纖維移除後。因植物的纖維的排列方式,熱力會透過管維束的方向耗散,而使得維管束之間的隔熱效果良好。這種在不同方向具有不同導熱能力的性質,稱之為各向異性( anisotropic )。不同於一般隔熱材料的各向同性( isotropic ),各向異性的隔熱材料在加強隔熱能力的同時,不會導致材料的強度下降,因此是隔熱材料發展的重要領域。

除此之外,一般的各向異性隔熱材料是以多層結構製成,通常需要非常複雜的設計及耗能的生產過程。而研發團隊的 Nanowood 取自自然形成的構造,能夠降低生產成本。

隔熱能力

研究團隊以光照加熱的方式,測試此材料在橫向及縱向(維管束方向)的隔熱能力。結果發現,在橫向具有 0.03 W/m·K 的導熱性,而在縱向具有 0.06 W/m·K 的導熱性。此各向異性使得熱源靠近時,能夠自縱向耗散掉,避免區域性累積過多的熱而損壞材料的強度。而因其纖維本身的排列方式,具有高達 13 MPa 的抗拉強度。使得此材料不僅打破了最佳隔熱材料,發泡膠的紀錄,且同時具有更強的抗拉強度。

Nanowood 的導熱模式(圖:Tian Li)

未來應用

論文第一作者李恬( Tian Li )表示:「這材料的隔熱性質比當今絕大多數的隔熱材料好,包括發泡膠。相信其能夠作為能量耗損低的基材使用」。 Nanowood 突破性的隔熱性質及材料強度,且同時具備輕量化的性質對於許多領域的發展上有極大的影響力。相信能對未來能源科技的發展,提供一大助力。

 

參考資料:

  1. Li, T., Song, J., Zhao, X., Yang, Z., Pastel, G., Xu, S., . . . Hu, L. (2018). Anisotropic, lightweight, strong, and super thermally insulating nanowood with naturally aligned nanocellulose. Science Advances, 4(3). doi:10.1126/sciadv.aar3724
  2. Sturdy Insulator Made of Wood. (n.d.). Retrieved March 15, 2018. UNIVERSITY OF MARYLAND
Kyle
編輯,臺灣科技大學材料科學與工程系學生,平日喜歡閱讀、騎車,衝浪。

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