客觀日本

源自木材的CNF將用於電子部件,減輕環境負擔

2021年08月13日 電子電氣

把利用木材製造的新材料「纖維素奈米纖維(CNF)」用於電子部件、蓄電裝置等的研究相當火熱。由於CNF具備輕量結實的特點,最初作爲實施汽車輕量化和取代塑膠的材料受到了關注。之後發現這種材料還具備蓄電能力,擴大用途的各種嘗試開始活躍。

CNF是將紙漿和木屑分解成奈米尺寸(1奈米爲10億分之1米)的纖維。雖然重量只有鋼鐵的五分之一,但強度爲鋼鐵的5倍。將該材料應用於汽車部件的話,可以減輕車身的重量。由於是利用木材製造的,即使燃燒二氧化碳(CO2)排放量也可以做到實質爲零。

CNF在部分領域已經投入使用,目前主要用於將CNF與其他材料混合來提高產品強度,或者與食品和化妝品混合來改善口感和使用舒適性。不過大多都屬於輔助用途。

日本大阪大學的能木雅也教授等人組成的研究團隊計劃將其應用於電子部件。研究團隊發現,只需將CNF塗覆到電子電路上,就可以長時間抑制進水故障,爲此開發出了新型塗料。

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浸水後CNF聚集到陽極,可以防止發生故障(圖片由大阪大學提供)

電子部件遇水容易發生短路。遇水後金屬離子會從銀和銅等製成的陽極溶解出來並聚集到陰極,然後在陰極被還原並析出。與陽極連接會發生短路,幾分鐘内就有發熱和起火的危險。此前一直利用防水塗層和密封材料等來因應,但一旦進水就無法避免故障。

利用CNF塗覆於電極,進水時緊密層疊的CNF會吸水並分解,然後聚集到陽極並凝固,從而防止金屬離子從陽極泄露,從而能避免短路。在實驗中,即使銅電極的電極在被水浸溼超過24個小時仍未發生故障。

CNF只需數微米(1微米爲100萬分之1米)的厚度就有望達到效果,「塗料也能低成本製造」(能木教授)。此前還開發了採用CNF的太陽能電池等,結合此次的技術,預計可應用於戶外設備等。

日本製紙公司與日本東北大學的福原幹夫研究員等人則開發了採用CNF的電容式蓄電裝置。他們發現,電荷能被存儲在堆疊絕緣體CNF纖維自然形成的凹凸結構中。

透過塗覆CNF薄層,可以與太陽能電池板組合使用。該公司CNF研究所所長野野村文表示,「可以在大面積的太陽能電池板上發揮CNF既薄又輕的特性」。

CNF作爲有助於實施去碳的技術,預計市場還會擴大。矢野經濟研究所預測,CNF的全球供貨額到2030年將達到約258億日元。這個金額約爲2021年的預測值的5倍。CNF廢棄後可以在土壤中分解,環境負擔也比較小。新用途的開發將進一步擴大需求。

日文:下野谷涼子、《日經產業新聞》,2021/08/04
中文:JST客觀日本編輯部