據英國《新科學家》雜誌報道,瑞士科學家研製成功一種比鑄鐵還要硬許(xǔ)多的新型紙張(zhāng),以後要捅破一個紙袋沒(méi)那麽容易了(le)。瑞士斯德哥爾摩瑞士皇家理工學院的拉斯?伯格倫德表示,人們可以利用這種新型紙加(jiā)固傳統(tǒng)紙張,生產超(chāo)強粘帶(dài)或製造生物組織的合成代替品。
雖然伯格倫德的這種“納米紙”韌性很強,也(yě)很硬,但它是利用在傳統紙張中發現的生(shēng)物材料??纖維素製成的。這種長長的糖分子是植物細胞壁的一(yī)種最主要成分,也是地球上(shàng)最普遍的有(yǒu)機化合物。木材一般是由大約一半纖(xiān)維(wéi)素和其他結構(gòu)化合(hé)物混合(hé)而成。
在植物細胞壁中,單個纖維素分子彼此固定在一起,形成直徑大約是20納米的纖維,這種纖維比(bǐ)人類發絲細5000倍。這(zhè)些(xiē)纖維形成強韌的網,為細胞壁提(tí)供(gòng)支撐結構。伯格倫德說:“纖維素納米纖維是所有植物結構的主要(yào)支(zhī)撐物,它的特點是,大小(xiǎo)以納米計算,具有高強度和強大韌性。”
纖維素是從造紙的木材裏提取出來的,是玻璃紙的主要(yào)成分,最近人們又(yòu)將它應用到科學家研發的新奇的塑膠材(cái)料中。但是他們僅把它作為一種(zhǒng)廉價的填充材料,並不理睬它的機械性(xìng)能。然而,造紙木材被(bèi)施加的機械過程和這個過程對紙張中的單個纖維素纖維造成的損壞,都大(dà)大降低了紙張的韌性(xìng)。因此伯格倫德和同事們研發了一種能保護纖維的韌性的更加溫和的加工過程。
這種新(xīn)方法包括,利用酶分解木質紙漿,然後(hòu)借助一個機械攪拌器將(jiāng)它分段。產生的切變應力導致(zhì)纖維素分解成組(zǔ)成纖維。結果是,未受損的纖維素纖維浮在水中。將水(shuǐ)排幹後,伯格(gé)倫(lún)德發現,這些纖維通過氫鍵結合在一起構成網狀,形成平滑的“納米紙”。機械(xiè)測試(shì)顯示,這(zhè)種紙具有(yǒu)214兆帕的(de)抗張強度,比鑄鐵(130兆帕)還強韌,幾乎跟建築(zhù)所用鋼鐵(250兆帕)的強度一樣。常規紙張的抗張(zhāng)強度不(bú)超過1兆(zhào)帕。該測試使用(yòng)的紙張(zhāng)是40毫米長,5毫米寬,大約50微米厚。
納米紙具有上述性能的秘密是,它不僅具有未受損的纖維素纖維的強度,而且(qiě)還包括纖維素纖維(wéi)形成網狀的方式。雖(suī)然這些纖維素纖維(wéi)牢牢地固定在一起,但是它們(men)仍能滑(huá)動和避開對方,以消除張(zhāng)力和壓力。單個(gè)纖維素纖(xiān)維比常規紙張中的更小。伯格倫德說:“常規紙張網有直徑為30微米(mǐ)的纖維,這種新紙張中的(de)纖維直徑是常規紙張的3倍。與常規紙張(zhāng)網相比,這種紙擁有(yǒu)的缺點很(hěn)少(shǎo)。”英國曼(màn)徹斯特(tè)大學的聚合體科學家(jiā)斯蒂芬?埃克霍恩(ēn)說:“這項‘成就’非常明顯地顯示出纖維素納米纖維為強化物提供(gòng)基本成分的(de)潛能。”
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更多>2018-10-12