La ricerca sulle proprietà termiche delle nanofibre di cellulosa produce risultati sorprendenti.

 

 

I materiali di origine vegetale come la cellulosa presentano spesso proprietà termoisolanti. Un nuovo materiale, realizzato con fibre di cellulosa su scala nanometrica, mostra alta conduttività termica inversa.

Questo lo rende utile in aree precedentemente dominate da materiali polimerici sintetici. I materiali a base di cellulosa hanno benefici ambientali rispetto ai polimeri, quindi la ricerca in questo ambito potrebbe portare ad applicazioni tecnologiche più ecologiche in cui è necessaria la conduttività termica.

La cellulosa è una componente strutturale chiave delle pareti cellulari delle piante ed è la ragione per cui gli alberi possono crescere a tali altezze. Ma il segreto della sua forza materiale risiede in realtà nelle sue fibre nanoscopiche sovrapposte.

Negli ultimi anni, molti prodotti commerciali hanno utilizzato materiali in nanofibra di cellulosa (CNF) perché la loro resistenza e durata li rendono un buon sostituto per materiali a base di polimeri, come la plastica, che possono essere dannosi per l’ambiente.

Ma ora, e per la prima volta, un gruppo di ricerca guidato dal professor Junichiro Shiomi della Graduate School of Engineering dell’Università di Tokyo ha studiato le proprietà termiche precedentemente sconosciute del CNF, e le loro scoperte mostrano che questi materiali potrebbero essere ancora più utili.

“Quando abbiamo esplorato le proprietà termiche di un filato realizzato con CNF, abbiamo scoperto che mostrano un diverso tipo di comportamento termico, circa 100 volte superiore a quello della tipica biomassa legnosa o carta di cellulosa”ha detto Shiomi.

Il motivo per cui il filato realizzato con CNF può condurre il calore così bene è dovuto al modo in cui è fatto. Le fibre di cellulosa in natura sono molto disorganizzate, ma un processo, chiamato metodo di focalizzazione del flusso, combina le fibre di cellulosa, orientandole allo stesso modo, per creare CNF.

È questo fascio strettamente legato e allineato di fibre a forma di bastoncino che consente al calore di trasferirsi lungo il fascio, mentre in una struttura più caotica dissiperebbe il calore più facilmente.

“La nostra sfida principale era come misurare la conduttività termica di campioni fisici così piccoli e con grande precisione”, ha detto Shiomi. “Per questo, ci siamo rivolti a una tecnica chiamata misurazione della conducibilità termica di tipo T. Ci ha permesso di misurare la conduttività termica dei campioni di filato CNF a forma di asta che hanno diametro solo di pochi micrometri (un micrometro è pari a un millesimo di millimetro). Ma il prossimo passo per noi è eseguire test termici accurati su campioni tessili bidimensionali”.

Shiomi e il suo team sperano che la loro indagine e le future esplorazioni sull’uso del CNF come materiale termicamente conduttivo possano offrire agli ingegneri un’alternativa ad alcuni polimeri dannosi per l’ambiente.

Nelle applicazioni in cui il trasferimento di calore è importante, come alcuni componenti elettronici o computazionali, potrebbe ridurre notevolmente le conseguenze dei rifiuti elettronici, grazie alla natura biodegradabile del CNF e di altri materiali a base vegetale.

 

Immagine: Shiomi et al.

 

 



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