Вспененный полистирол (или «пенополистирол») является отличным изолятором. Вот почему это популярный материал для утепления зданий - и почему эти дешевые маленькие чашки деликатесного кофе все еще жгут вам язык через 30 минут. Но его экологические показатели оставляют желать лучшего. Он не поддается биологическому разложению, вреден для животных, которые случайно его едят, и изготовлен из потенциальных канцерогенов.
Исследователи из Университета Мэриленда разработали сверхлегкий изоляционный материал, который, по их словам, может оказаться лучшей, более экологичной альтернативой. Материал, изготовленный из крошечных древесных волокон, называется нанодревесиной. Он блокирует тепло, по крайней мере, на 10 градусов лучше, чем пенополистирол или аэрогель на основе диоксида кремния, который является обычным изолятором, и он может выдерживать давление, по меньшей мере, в 30 раз больше, чем пенополистирол или аэрогель на основе диоксида кремния, прежде чем быть раздробленным.
Работая в лаборатории материаловеда Лянбин Ху, постдокторский исследователь Тянь Ли является ведущим автором исследования, опубликованного в этом месяце в журнале Science Advances .
«Насколько нам известно, прочность нашего наноматериала представляет собой наивысшую ценность среди доступных сверхизоляционных материалов», - пишут авторы исследования.
Тянь Ли (слева) и Лянбин Ху держат кусочки нанодревесины. (Хуа Се / Университет Мэриленда) Ху и его команда работали над наноцеллюлозой, наноразмерными версиями волокнистого материала, который делает растения и деревья жесткими. Наноцеллюлоза имеет впечатляющее соотношение прочности и веса, примерно в восемь раз больше, чем у стали.
Для нанодревесины команда удалила лигнин, полимер, который удерживает целлюлозу древесины вместе. Удаление лигнина, проводника тепла, дало полученному продукту мощные изолирующие свойства. Это также сделало продукт белым, что означает, что он отражает свет.
Исследователи считают, что нановое дерево обладает огромным потенциалом в качестве экологически чистого строительного материала. Использование этого потенциально может «сэкономить миллиарды» в затратах на энергию, говорит Ли. В дополнение к использованию там, где используются традиционные изоляторы, такие как пенополистирол, тонкие полоски нанодревесины могут быть свернуты и сформированы так, чтобы изолировать внутренние части труб или других искривленных пространств. И в отличие от стеклянных или шерстяных изоляторов, нано-дерево не раздражает легкие и не вызывает аллергических реакций.
«То, что я нахожу впечатляющим в области наноматериалов, как описано в статье, заключается в том, что процесс обработки, разработанный авторами, позволяет им сохранять ключевые характеристики древесины, в частности, ее иерархическую структуру в масштабах длины от нано до макро, при этом резко изменяя другие ключевые свойства. особенно теплопроводность и оптическая отражательная способность », - говорит Марк Свихарт, профессор химической и биологической инженерии в университете в Буффало, который изучает наноматериалы.
Свихарт говорит, что синтетическое воссоздание иерархических структур природных материалов, таких как дерево, чрезвычайно сложно, но процесс в Университете Мэриленда кажется более простым и более масштабируемым, чем большинство методов производства наноструктурированных материалов.
Свихарт считает, что нанодревесина может когда-нибудь стать полезным материалом на коммерческом рынке, но это может занять некоторое время. «В обозримом будущем материал по своей природе будет более дорогим, чем альтернативы, уже произведенные в больших масштабах, такие как различные типы пенопластовых плит», - говорит он. «Даже если он может превзойти эти альтернативы, если он выполняет ту же основную функцию, то выход на рынок будет очень сложным».
Команда Университета Мэриленда более оптимистична в отношении краткосрочного потенциала наноматериалов. Они говорят, что материал может быть получен довольно дешево и быстро с использованием быстрорастущих деревьев, таких как бальза. В настоящее время команда работает над коммерческими приложениями и ожидает, что продукт будет доступен через год или около того.
