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摘 要：目前，许多使用了纤维素纳米纤维（Cellulose Nano Fiber，以下简称为“CNF”）的产品都利用了其拉伸强度和触变性等机械性能，如果能够通过调整其分子尺度结构实现对物理性质的控制，CNF则具有更大的潜力。研究发现，利用流体工艺在分子尺度上对CNF进行定向排列，并用酸将其硬化制成的线材具有高热导率，是纤维素纳米纸等具有高热导率的先进木质生物质5倍躺以上，是纸等传统木质生物质的100倍以上。木质生物质由于其低热导率至今为止一直被用作隔热材料，通过实现比传统木质生物质具有更高热导率的材料（CNF纱线），有望用作要求良好散热性能的高分子材料的替代材料。
关键字：纤维素纳米纤维、高热导率、高分子材料替代、木质生物质材料、CNF物理特性
研究小组发现，通过流体工艺在分子尺度上对由木质生物质获得的生物基纳米材料CNF进行定向排列，并使用酸将其硬化所得到的线材具有高热导率，是纤维素纳米纸等具有高热导率的先进木质生物质5倍以上，是纸等传统木质生物质的100倍以上。
到目前为止，CNF多被用于制成块状CNF材料，大多都是利用其机械性能，例如利用CNF的高拉伸和触变性制造的包装和圆珠笔。另一方面，考虑到CNF本身具有通过调整分子尺度结构控制其物理性质的优势，因此其有可能表现出更多样化和高附加值的物理特性。
研究小组在将CNF水分散体注入流动聚焦通道（图1a）以使CNF高度定向后，通过单独注入通道中的酸将其硬化并风干来制备CNF纱线。此外，使用T型热导率测量方法（图2a）测量了CNF纱线的热导率。结果发现，使用特定酸的纱线的热导率为14.5W/(m·K)。此外，研究小组还阐明了在CNF的取向度达到一定水平的条件下，连接CNF之间的氢键越多，且由残余应力引起的CNF中的结构无序性越低，可以获得越高的热导率。
图1 CNF纱线的制备方法和CNF纱线。
(a) 流动聚焦通道示意图，(b)风干CNF纱线的横截面照片（用扫描电子显微镜拍摄）。
图2 CNF纱线热导率的测量方法和测量结果。
(a)T型热导率测量方法示意图，(b)CNF纱线热导率与纱线直径的关系。