创新背景

纤维素是植物细胞壁的关键结构成分，其材料强度的关键在于其重叠的纳米纤维。许多商业产品都使用纤维素纳米纤维（CNF）材料，因为它们的强度和耐用性使其成为聚合物基材料（如对环境有害的塑料）的良好替代品。

创新过程

纤维素等植物衍生材料通常具有隔热性能，但由纳米级纤维素纤维制成的新材料显示出相反的高导热性，这使得它在由合成聚合物材料主导的领域有广泛用处。基于纤维素的材料比聚合物具有环境效益，对此的研究可能会导致需要导热性的更环保的技术应用。

使用杂乱的CNF，水和盐酸产生导热CNF的装置（左）。显示样品的热导率如何随其直径变化的图表。（右）

东京大学工程研究生院Junichiro Shiomi教授领导的研究小组首次研究了以前未知的CNF热特性，发现这些材料可能更有用。由CNF制成的纱线的热性能有一种不同的热行为，即热传导，并且非常显著，比典型的木质生物质或纤维素纸高约100倍。

CNF制成的纱线之所以能很好地导热，根源在于它的制造方式。自然界中的纤维素纤维杂乱无章，一种被称为流动聚焦方法的过程将纤维素纤维组合在一起，以相同的方式定向它们可以产生CNF。正是这种紧密结合和对齐的棒状纤维束允许热量沿着束传递，而在更混乱的结构中，它会更容易散热。

CNF横截面

研究的主要挑战是测量微小的物理样品的热导率，并且需要具有很高的准确性。研究人员创新使用了一种称为T型热导率测量的技术，能够测量直径仅为微米（微米等于千分之一毫米）的棒状CNF纱线样品的热导率。下一步将对二维纺织品样品进行精确的热测试。

研究团队希望他们对CNF作为导热材料的研究和未来探索可以提供一些对环境有害的聚合物的替代品。在传热很重要的应用中，例如某些电子或计算组件，由于CNF和其他植物基材料的可生物降解性，它可以大大减少废弃电子设备或电子废物的后果。

研究发现使用流动聚焦方法将纤维素纤维组合在一起会使CNF制成的纱线具有良好导热性，转变方法使用T型热导率测量技术对纤维素纳米纤维材料的热导率进行测量，明确CNF的热特性。