Nanofibras de celulose surpreendem ao dissipar calor com eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/01/2023

A propriedade inesperada da nanocelulose viabilizará uma alternativa ambientalmente amigável para novas aplicações .
[Imagem: Junichiro Shiomi]

Nanofibras de celulose

Materiais derivados de plantas, como a celulose, geralmente apresentam propriedades de isolamento térmico, por isso têm-se tornado alternativas ao isopor e a vários tipos de plásticos.

Mas um material feito de fibras de celulose em nanoescala apresentou a propriedade exatamente inversa, uma alta condutividade térmica, o que o torna útil em áreas anteriormente dominadas por materiais poliméricos sintéticos.

Os materiais à base de celulose têm benefícios ambientais em relação aos polímeros sintéticos, portanto, eles podem levar a aplicações tecnológicas mais ecológicas também onde a condutividade térmica é necessária.

A celulose é o componente estrutural das paredes celulares das plantas e é a razão pela qual as árvores podem crescer tão alto. O segredo de sua força, contudo, está em suas fibras nanoscópicas sobrepostas. Nos últimos anos, muitos produtos comerciais têm tirado proveito das chamadas nanofibras de celulose (NFC) porque sua resistência e durabilidade as tornam um bom substituto para materiais como os plásticos, que podem ser prejudiciais ao meio ambiente.

Mas foi uma surpresa quando cientistas japoneses descobriram propriedades térmicas anteriormente desconhecidas nas NFCs.

"Se você vir materiais derivados de plantas, como celulose ou biomassa lenhosa, usados em aplicações, normalmente são propriedades mecânicas ou de isolamento térmico que estão sendo empregadas," explicou o professor Junichiro Shiomi, da Universidade de Tóquio. "Quando exploramos as propriedades térmicas de fios feitos de NFCs, no entanto, descobrimos que eles apresentam um tipo diferente de comportamento térmico, a condução térmica, e ela é muito significativa, cerca de 100 vezes maior do que a biomassa lenhosa típica ou o papel de celulose."

O segredo está na organização das nanofibras que formam o fio.
[Imagem: Guantong Wang et al. - 10.1021/acs.nanolett.2c02057]

Questão de organização

Ao procurar a razão pela qual um fio tecido a partir das nanofibras de celulose podia conduzir o calor tão bem, a equipe descobriu que não era devido à natureza intrínseca do material, mas à maneira como o fio havia sido construído. As fibras de celulose na natureza são muito desorganizadas, mas a equipe havia usado um processo chamado método de foco de fluxo, que resultou em fibras de celulose orientadas de modo muito homogêneo.

É esse feixe de fibras em forma de bastão fortemente ligado e alinhado que permite que o calor seja transferido ao longo do feixe, enquanto em uma estrutura mais caótica ele dissiparia o calor mais facilmente.

Shiomi e sua equipe esperam que sua descobertas e futuros desenvolvimentos sobre o uso de NFCs como material termicamente condutivo possam dar aos engenheiros uma alternativa a alguns polímeros prejudiciais ao meio ambiente.

Em aplicações em que a transferência de calor é importante, como certos componentes eletrônicos ou computacionais, a nanocelulose pode reduzir bastante as consequências do descarte de equipamentos eletrônicos, ou lixo eletrônico, graças à natureza biodegradável da celulose.

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