客观日本

源自木材的CNF将用于电子部件,减轻环境负担

2021年08月13日 电子电气

把利用木材制造的新材料“纤维素纳米纤维(CNF)”用于电子部件、蓄电装置等的研究相当火热。由于CNF具备轻量结实的特点,最初作为实现汽车轻量化和取代塑料的材料受到了关注。之后发现这种材料还具备蓄电能力,扩大用途的各种尝试开始活跃。

CNF是将纸浆和木屑分解成纳米尺寸(1纳米为10亿分之1米)的纤维。虽然重量只有钢铁的五分之一,但强度为钢铁的5倍。将该材料应用于汽车部件的话,可以减轻车身的重量。由于是利用木材制造的,即使燃烧二氧化碳(CO2)排放量也可以做到实质为零。

CNF在部分领域已经投入使用,目前主要用于将CNF与其他材料混合来提高产品强度,或者与食品和化妆品混合来改善口感和使用舒适性。不过大多都属于辅助用途。

日本大阪大学的能木雅也教授等人组成的研究团队计划将其应用于电子部件。研究团队发现,只需将CNF涂覆到电子电路上,就可以长时间抑制进水故障,为此开发出了新型涂料。

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浸水后CNF聚集到阳极,可以防止发生故障(图片由大阪大学提供)

电子部件遇水容易发生短路。遇水后金属离子会从银和铜等制成的阳极溶解出来并聚集到阴极,然后在阴极被还原并析出。与阳极连接会发生短路,几分钟内就有发热和起火的危险。此前一直利用防水涂层和密封材料等来应对,但一旦进水就无法避免故障。

利用CNF涂覆于电极,进水时紧密层叠的CNF会吸水并分解,然后聚集到阳极并凝固,从而防止金属离子从阳极泄露,从而能避免短路。在实验中,即使铜电极的电极在被水浸湿超过24个小时仍未发生故障。

CNF只需数微米(1微米为100万分之1米)的厚度就有望达到效果,“涂料也能低成本制造”(能木教授)。此前还开发了采用CNF的太阳能电池等,结合此次的技术,预计可应用于户外设备等。

日本制纸公司与日本东北大学的福原干夫研究员等人则开发了采用CNF的电容式蓄电装置。他们发现,电荷能被存储在堆叠绝缘体CNF纤维自然形成的凹凸结构中。

通过涂覆CNF薄层,可以与太阳能电池板组合使用。该公司CNF研究所所长野野村文表示,“可以在大面积的太阳能电池板上发挥CNF既薄又轻的特性”。

CNF作为有助于实现脱碳的技术,预计市场还会扩大。矢野经济研究所预测,CNF的全球供货额到2030年将达到约258亿日元。这个金额约为2021年的预测值的5倍。CNF废弃后可以在土壤中分解,环境负担也比较小。新用途的开发将进一步扩大需求。

日文:下野谷涼子、《日经产业新闻》,2021/08/04
中文:JST客观日本编辑部