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瑞士研制出强度超过铁的纳米纸张

更新日期:2008-12-01

据英国《新科学家》杂志报道,瑞士科学家研制成功一种比铸铁还要硬许多的新型纸张,以后要捅破一个纸袋没那么容易了。瑞士斯德哥尔摩瑞士皇家理工学院的拉斯·伯格伦德表示,人们可以利用这种新型纸加固传统纸张,生产超强粘带或制造生物组织的合成代替品。

  虽然伯格伦德的这种“纳米纸”韧性很强,也很硬,但它是利用在传统纸张中发现的生物材料——纤维素制成的。这种长长的糖分子是植物细胞壁的一种最主要成分,也是地球上最普遍的有机化合物。木材一般是由大约一半纤维素和其他结构化合物混合而成。

  在植物细胞壁中,单个纤维素分子彼此固定在一起,形成直径大约是20纳米的纤维,这种纤维比人类发丝细5000倍。这些纤维形成强韧的网,为细胞壁提供支撑结构。伯格伦德说:“纤维素纳米纤维是所有植物结构的主要支撑物,它的特点是,大小以纳米计算,具有高强度和强大韧性。”

  纤维素是从造纸的木材里提取出来的,是玻璃纸的主要成分,最近人们又将它应用到科学家研发的新奇的塑胶材料中。但是他们仅把它作为一种廉价的填充材料,并不理睬它的机械性能。然而,造纸木材被施加的机械过程和这个过程对纸张中的单个纤维素纤维造成的损坏,都大大降低了纸张的韧性。因此伯格伦德和同事们研发了一种能保护纤维的韧性的更加温和的加工过程。

  这种新方法包括,利用酶分解木质纸浆,然后借助一个机械搅拌器将它分段。产生的切变应力导致纤维素分解成组成纤维。结果是,未受损的纤维素纤维浮在水中。将水排干后,伯格伦德发现,这些纤维通过氢键结合在一起构成网状,形成平滑的“纳米纸”。机械测试显示,这种纸具有214兆帕的抗张强度,比铸铁(130兆帕)还强韧,几乎跟建筑所用钢铁(250兆帕)的强度一样。常规纸张的抗张强度不超过1兆帕。该测试使用的纸张是40毫米长,5毫米宽,大约50微米厚。

  纳米纸具有上述性能的秘密是,它不仅具有未受损的纤维素纤维的强度,而且还包括纤维素纤维形成网状的方式。虽然这些纤维素纤维牢牢地固定在一起,但是它们仍能滑动和避开对方,以消除张力和压力。单个纤维素纤维比常规纸张中的更小。伯格伦德说:“常规纸张网有直径为30微米的纤维,这种新纸张中的纤维直径是常规纸张的3倍。与常规纸张网相比,这种纸拥有的缺点很少。”英国曼彻斯特大学的聚合体科学家斯蒂芬·埃克霍恩说:“这项‘成就’非常明显地显示出纤维素纳米纤维为强化物提供基本成分的潜能。”(新浪网)