Thermally insulating and fire-retardant lightweight anisotropic foams based on nanocellulose and graphene oxide

材料科学 纳米纤维素 石墨烯 复合材料 阻燃剂 保温 铸造 氧化物 纤维素 聚苯乙烯 聚合物 化学工程 热导率 纳米技术 图层(电子) 工程类 冶金
作者
Bernd Wicklein,Andraž Kocjan,Germán Salazar-Álvarez,Federico Carosio,Giovanni Camino,Markus Antonietti,Lennart Bergström
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:10 (3): 277-283 被引量:1266
标识
DOI:10.1038/nnano.2014.248
摘要

High-performance thermally insulating materials from renewable resources are needed to improve the energy efficiency of buildings. Traditional fossil-fuel-derived insulation materials such as expanded polystyrene and polyurethane have thermal conductivities that are too high for retrofitting or for building new, surface-efficient passive houses. Tailored materials such as aerogels and vacuum insulating panels are fragile and susceptible to perforation. Here, we show that freeze-casting suspensions of cellulose nanofibres, graphene oxide and sepiolite nanorods produces super-insulating, fire-retardant and strong anisotropic foams that perform better than traditional polymer-based insulating materials. The foams are ultralight, show excellent combustion resistance and exhibit a thermal conductivity of 15 mW m−1 K−1, which is about half that of expanded polystyrene. At 30 °C and 85% relative humidity, the foams retained more than half of their initial strength. Our results show that nanoscale engineering is a promising strategy for producing foams with excellent properties using cellulose and other renewable nanosized fibrous materials. Freeze-casting cellulose nanofibres, graphene oxide and clay results in insulating and fire-resistant foams that could improve the energy efficiency of buildings.
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