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

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作者
Bernd Wicklein,Andraž Kocjan,Germán Salazar-Álvarez,Federico Carosio,Giovanni Camino,Markus Antonietti,Lennart Bergström
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:10 (3): 277-283 被引量:1202
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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