Los investigadores logran una alta conductividad térmica en materiales de celulosa
La nanocelulosa es un material renovable y respetuoso con el medio ambiente que ha despertado un interés creciente en la comunidad científica. Los materiales de nanocelulosa se han utilizado tradicionalmente por sus excelentes cualidades de aislamiento térmico. Sin embargo, las nanofibrillas de celulosa pueden demostrar una gran conductividad térmica cuando se alinean y enlazan en forma de filamentos, lo que amplía el alcance de sus aplicaciones.
Las moléculas de celulosa tienden a formar cadenas poliméricas, que dotan a los materiales de nanocelulosa de propiedades que podrían convertirlos en buenos conductores térmicos. Investigaciones recientes sobre otras cadenas poliméricas han indicado que la mejora de su cristalinidad y alineación molecular puede aumentar significativamente su conductividad térmica. Estos hallazgos han impulsado los esfuerzos por mejorar la conducción térmica de los materiales basados en la celulosa aumentando la alineación de las nanofibrillas.
Las nanofibrillas son los principales componentes de las fibras de celulosa y tienen el potencial de ser la base de biomateriales y tejidos de alto rendimiento, así como un punto de referencia para los nanomateriales funcionales. Las nanofibrillas de las fibras de celulosa presentan una estructura laminar de tamaño nanométrico con una configuración en espiral muy organizada a lo largo del eje de la fibra. Las fibras presentan altos valores de resistencia y rigidez finales, que varían en función de la orientación media de las fibrillas. A partir de las fibras de celulosa pueden formarse fibrillas individuales o haces de fibrillas (denominadas nanofibrillas de celulosa (CNF)). Las características inferiores exhibidas por los filamentos y películas de CNF en la literatura existente han indicado que las fibrillas deben alinearse y disponerse de forma regulada para aprovechar plenamente el potencial de las CNF.
En un estudio publicado en la revista Nano Letters, los investigadores emplearon una técnica de enfoque hidrodinámico para mejorar la cristalinidad y la alineación de las nanofibrillas de celulosa componentes individuales y aprovechar todo su potencial de conductividad térmica.
En un único filamento de celulosa, se registró una conductividad térmica récord de 14,5 W/m-K. Estos filamentos de celulosa superaron en conductividad térmica a las películas finas de celulosa y a otros nanomateriales de celulosa pura. La morfología de los filamentos de celulosa se estudió mediante espectroscopia Raman para identificar los elementos estructurales responsables del aumento de la conductividad térmica. Descubrieron que los filamentos de celulosa que mostraban una alta conductividad térmica también presentaban una alta cristalinidad, inducida por la alineación y la gelificación inducida por iones de las nanofibrillas de celulosa durante el procedimiento de flujo-focalización. Los flujos de extensión y cizallamiento alinearon las nanofibrillas de celulosa y provocaron la unión iónica durante el proceso de flujo-focalización. Los resultados de su estudio demostraron que la modificación de la actividad superficial de las moléculas de celulosa puede dar lugar a materiales con mayor cristalinidad y, por tanto, conductividad térmica.
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Fuente: azom.com