Forskare har designat ett värmeisolerande material av trä som är både lätt och starkt och helt tillverkat av små, avskalade träfibrer.

Den så kallade nanowooden, beskrivs i journalen Vetenskapens framsteg , skulle en dag kunna användas för att göra mer energieffektiva byggnader. Det är billigt och biologiskt nedbrytbart, för.

"Naturen producerar den här typen av material, "sa seniorförfattaren Liangbing Hu, en materialvetare och ingenjör vid University of Maryland i College Park.

Att hantera värme är en stor fråga i de städer vi bygger. Det är svårt att hålla värmen inomhus på vintern och hålla den utomhus på sommaren. De isoleringsmaterial som för närvarande används är ofta mycket dyra att tillverka, både när det gäller pengar och energi. De är vanligtvis inte biologiskt nedbrytbara och bidrar i slutändan till våra växande deponier. Så forskare har försökt komma på billigare, mer miljövänliga alternativ.

Hu har undersökt egenskaperna hos nanocellulosa, nanometerskaliga versioner av cellulosa, den sega kolhydraten i växternas cellväggar som gör att trädstammar kan växa sig starka och höga. I dessa otroligt små skalor, cellulosafibrer kan anta anmärkningsvärda egenskaper, inklusive ett förhållande mellan styrka och vikt som är ungefär åtta gånger högre än stål.

Hu och hans team har redan utvecklat en stark, tätt material som de kallade superträ, delvis genom att ta bort en del av träets lignin - en komplex polymer som håller ihop cellulosa i träet, nästan som lim - och hemicellulosa, en annan komponent av vedartad vävnad.

Men för detta projekt, Hu och hans kollegor tog bort allt ligninet och det mesta av hemicellulosan. Lignin är mycket bra på att leda värme - vilket betyder att det skulle vara en fruktansvärd isolator. Utan allt lignin, det träiga materialet blev rent vitt, låter det reflektera inkommande ljus istället för att absorbera det (vilket också hjälper till att blockera värme).

Hemligheten bakom nanowoods isoleringsförmåga ligger delvis i dess struktur. Styrofoam är isotropiskt:Det ser i princip likadant ut från alla vinklar. Men nanoträ är anisotropiskt:Fibrerna buntas ihop parallellt, så det ser väldigt olika ut från olika vinklar. Värme kan lätt resa upp och ner i fibrerna, men kan inte lätt korsa dem, särskilt på grund av de luftspalter som finns kvar efter att allt träigt fyllmedel (lignin och hemicellulosa) avlägsnats.

Forskarna fann att nanoträet var en lika bra isolator som frigolit - något bättre, även. Det överklassade vida andra material, för.

Dessutom, nanowood var också lätt och kunde motstå tryck på 13 megapascal. Det är cirka 50 gånger högre än isolatorer som cellulosaskum och mer än 30 gånger högre än det starkaste av de kommersiellt använda värmeisoleringsmaterialen, sa de.

"Som vi förstår det, styrkan hos vårt nanoträ representerar det högsta värdet bland tillgängliga superisolerande material, " skrev studieförfattarna.

Ännu bättre, nanocellulosa är lättillgänglig och relativt billig att bearbeta, potentiellt kosta så lite som $7,44 per kvadratmeter. (Nyckeln till att hålla det hållbart, Hu lade till, skulle vara att skörda snabbväxande träd som balsa, och lämna långsamt växande träd ifred.) Under de rätta förhållandena, bakterier kan äta det, gör det biologiskt nedbrytbart.

"När tjockleken är mindre än 1 mm, nanoträskivan kan rullas och vikas, gör den lämplig för scenarier som kräver flexibilitet, såsom rörledningar i kemiska fabriker och kraftverk, " skrev författarna.

Hu sa att en så stark, lättvikt, värmeisolerande biologiskt nedbrytbart material kan ha en mängd framtida användningsområden. Det kan användas för att bygga skyskrapor, att tillverka bilar, skyddar även värmekänslig elektronik, vare sig det är på jorden eller i rymden.

©2018 Los Angeles Times
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.