‘Nanowood’ hace un aislante súper térmico

La espuma de poliestireno, a pesar de ser terrible para el medio ambiente, todavía se usa comúnmente para productos que van desde tazas de café hasta material de empaque. Se han visto alternativas propuestas a lo largo de los años, algunas de ellas usando micelio de hongos como una solución biodegradable, y ahora una nueva opción se une a ellas: «nanowood». Este producto está hecho con nanofibras de celulosa, el resultado final es un peso fuerte y liviano , material térmicamente aislante.

A diferencia de la espuma de poliestireno, el nanowood es biodegradable. Otra ventaja es su resistencia superior, que supera la de otros materiales de gestión térmica, como la espuma de poliestireno, la lana y los aerogeles de polímero. Esta fortaleza se debe al uso de nanofibras de celulosa que se han unido de una manera que produce una alta resistencia a la compresión.

El nuevo material denominado nanowood fabricado con fibras de nanocelulosa alineadas podría utilizarse para aislar térmicamente los edificios, tanto residenciales como comerciales, para hacerlos más eficientes desde el punto de vista energético. El material, que también es liviano y mecánicamente fuerte, es fácil de fabricar usando un tratamiento químico simple. Contiene nanofibras de celulosa naturalmente alineadas, lo que lo hace anisotrópico, es decir, conduce el calor de manera más eficiente a lo largo de la dirección de las fibras, lo que reduce la acumulación local de calor en la estructura.

«Nuestro material a base de madera cuenta con una combinación deseable de aislamiento súper térmico, buena resistencia mecánica, baja densidad de masa y rentabilidad», explica el jefe del equipo Liangbing Hu de la Universidad de Maryland en los EE. UU. «Tal combinación nunca se ha realizado antes».

Los investigadores hicieron que sus nanowood utilizaran un proceso químico para eliminar la lignina y la hemicelulosa para preservar solo el componente de celulosa de su muestra de madera. El paso de eliminación de lignina es compatible con los procesos utilizados en la industria de fabricación de papel, destaca Hu, lo que significa que podría adaptarse fácilmente a las infraestructuras industriales existentes.

Naturalmente anisotrópico

Como se deriva de la madera (que tiene una estructura anisotrópica natural), el nanowood también es anisotrópico. Las fibras de nanocelulosa en el material se alinean en una dirección durante el tratamiento químico, permitiendo que el calor viaje más eficientemente a lo largo de la dirección de las nanofibras. De hecho, Hu y sus colegas midieron una conductividad térmica de 0.03 W / mK en la dirección transversal (perpendicular a las nanofibrillas) y una conductividad térmica aproximadamente dos veces mayor de 0.06 W / mk en la dirección axial. Esto evita el sobrecalentamiento local de la energía térmica acumulada, algo que no es posible en los aisladores térmicos isotrópicos, dicen los investigadores.

La resistencia mecánica del nanowood es 50 veces más alta que la espuma de celulosa y más de 30 veces mayor que los materiales de aislamiento térmico más comúnmente empleados, como los aerogeles de sílice y polímero, el poliestireno y la lana. Esta alta resistencia viene gracias a la unión efectiva entre las nanofibras de celulosa alineadas, que tienen una resistencia a la compresión de 13 MPa en la dirección axial y 20 MPa en la dirección transversal al 75% de tensión.

Hacia la comercialización

También es muy ligero, con una densidad de masa total tan baja como 0.13 g / cm ³ , dice Hu, y es transpirable, lo que significa que puede usarse en interiores.

«Finalmente, el nanowood puede rechazar efectivamente la energía solar térmica (refleja el 95% de todas las longitudes de onda del espectro solar)», dijo a nanotechweb.org .

Además de ser utilizado para aislar térmicamente edificios, también podría ser utilizado en una variedad de contextos de administración de calor, como en aplicaciones eléctricas, ópticas y espaciales en las que la transferencia de calor y la transferencia de calor residual deben estar estrictamente reguladas, agrega.

Los investigadores, que informaron su trabajo en Science Advances DOI: 10.1126 / sciadv.aar3724 , dicen que una compañía derivada de UMD, Inventwood LLC, ahora está comercializando la tecnología.

A diferencia de muchos aisladores existentes, el nanowood es relativamente único en su capacidad tanto para resistir el calor como para disipar el calor que sí lo penetra, evitando que se acumule. Junto con el costo muy bajo para hacer nanowood, el material es una opción viable en muchas industrias.

Fuentes:  nanotechweb.org, Slashgear.