马里兰大学的工程师们已经打造了一种全新的隔热材料, 与泡沫塑料或气凝胶相比, 其效果至少可以达到10℃, 强度是泡沫塑料的30倍以上, 对环境也更加友好. 研究人员称之为 '纳米木材' (Nanowood) , 它是从普通木材上切割而来 (实验初期选择的是美国本土的椴木) , 然后去除所有的木质素 (木材呈现棕/黄色和硬度的主因) .
'纳米木材' 在常规环境条件下隔绝了一年 (前) 后的样子
当木材的颜色从黄色彻底 '漂白' 成了白色, 就说明木质素已经被完全去除了. 实际上, 这一过程和造纸很是类似. 木头被切割后, 可以留意它的纹理.
加氢氧化钠和亚硫酸钠水煮, 然后用双氧水 (过氧化氢) 处理, 以去除木质素和大部分的半纤维素. 接着冷冻干燥, 以保持木材的结构, 而不是如你所想的那样拿去造纸.
可加工成 '卷' , '纸' , '块' 等形式
将木质素从木块中抽出后, 剩下的就是一种重量极轻, 白色的纤维素, 即木材原本的支架结构. 与家用隔热常用的聚乙烯, 或硅类材料相比, 其隔热效果要高出好几个层级.
与此同时, 其管状形状, 也赋予了各向异性 (anisotropic properties) . 热量可以自由地在纤维线上穿梭, 但在另一个方向上, 就没有那么容易了.
微观结构图-热量轻松通过隧道管疏散, 而不是穿越过去, 产生强烈的各向异性.
设计师们可以利用这项特性, 将热量传递到他们认为合适的地方, 并在其它地方阻挡住——改变纳米纤维的方向即可.
此外天然纤维素的纤维还具有低应变性. 在单向崩溃测试中, 其强度实测为发泡材料 (聚苯乙烯) 的30倍以上. 此外由于整体显现白色, 其反射太阳光的效果也很出众.
实验室中的 '纳米木材'
上图为普通木材变成 '纳米木材' 的过程
这项研究由博士后学生Tian Li和助理教授Liangbing Hu带领, 他们认为这是一种很吸引人的材料, 但在其走入千家万户之前, 仍有许多工作要完善, 比如防火处理.
毕竟由于木材的高度易燃特性, 想要在建筑行业使用, 就必须符合防火要求. 但在另一方面, 纳米木材拥有可生物降解的环保特性, 以及方便地加工成纸片, 木块, 或卷曲等形式.
'纳米木材' 的生产流程
最后, 阻挡这项技术大规模商用的关键, 就是 '干燥, 漂白' 木材的成本. 如果成本居高不下, 那么短时间内也是无法投入实际运用的.
有关这项研究的详情, 已经发表在3月9日出版的《科学进展》 (Science Advances) 期刊上.
