北京時(shí)間6月11日消息，據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，瑞士科學(xué)家研制成功一種比鑄鐵還要硬許多的新型紙張，以后要捅破一個(gè)紙袋沒(méi)那么容易了。瑞士斯德哥爾摩瑞士皇家理工學(xué)院的拉斯·伯格倫德表示，人們可以利用這種新型紙加固傳統(tǒng)紙張，生產(chǎn)超強(qiáng)粘帶或制造生物組織的合成代替品。

瑞士研制出強(qiáng)度超過(guò)鐵的納米紙張

雖然伯格倫德的這種“納米紙”韌性很強(qiáng)，也很硬，但它是利用在傳統(tǒng)紙張中發(fā)現(xiàn)的生物材料——纖維素制成的。這種長(zhǎng)長(zhǎng)的糖分子是植物細(xì)胞壁的一種最主要成分，也是地球上最普遍的有機(jī)化合物。木材一般是由大約一半纖維素和其他結(jié)構(gòu)化合物混合而成。

在植物細(xì)胞壁中，單個(gè)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，這種纖維比人類(lèi)發(fā)絲細(xì)5000倍。這些纖維形成強(qiáng)韌的網(wǎng)，為細(xì)胞壁提供支撐結(jié)構(gòu)。伯格倫德說(shuō)：“纖維素納米纖維是所有植物結(jié)構(gòu)的主要支撐物，它的特點(diǎn)是，大小以納米計(jì)算，具有高強(qiáng)度和強(qiáng)大韌性。”

纖維素是從造紙的木材里提取出來(lái)的，是玻璃紙的主要成分，最近人們又將它應(yīng)用到科學(xué)家研發(fā)的新奇的塑膠材料中。但是他們僅把它作為一種廉價(jià)的填充材料，并不理睬它的機(jī)械性能。然而，造紙木材被施加的機(jī)械過(guò)程和這個(gè)過(guò)程對(duì)紙張中的單個(gè)纖維素纖維造成的損壞，都大大降低了紙張的韌性。因此伯格倫德和同事們研發(fā)了一種能保護(hù)纖維的韌性的更加溫和的加工過(guò)程。

這種新方法包括，利用酶分解木質(zhì)紙漿，然后借助一個(gè)機(jī)械攪拌器將它分段。產(chǎn)生的切變應(yīng)力導(dǎo)致纖維素分解成組成纖維。結(jié)果是，未受損的纖維素纖維浮在水中。將水排干后，伯格倫德發(fā)現(xiàn)，這些纖維通過(guò)氫鍵結(jié)合在一起構(gòu)成網(wǎng)狀，形成平滑的“納米紙”。機(jī)械測(cè)試顯示，這種紙具有214兆帕的抗張強(qiáng)度，比鑄鐵（130兆帕）還強(qiáng)韌，幾乎跟建筑所用鋼鐵（250兆帕）的強(qiáng)度一樣。常規(guī)紙張的抗張強(qiáng)度不超過(guò)1兆帕。該測(cè)試使用的紙張是40毫米長(zhǎng)，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(qiáng)度，而且還包括纖維素纖維形成網(wǎng)狀的方式。雖然這些纖維素纖維牢牢地固定在一起，但是它們?nèi)阅芑瑒?dòng)和避開(kāi)對(duì)方，以消除張力和壓力。單個(gè)纖維素纖維比常規(guī)紙張中的更小。伯格倫德說(shuō)：“常規(guī)紙張網(wǎng)有直徑為30微米的纖維，這種新紙張中的纖維直徑是常規(guī)紙張的3倍。與常規(guī)紙張網(wǎng)相比，這種紙擁有的缺點(diǎn)很少。”英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的聚合體科學(xué)家斯蒂芬·埃克霍恩說(shuō)：“這項(xiàng)‘成就’非常明顯地顯示出纖維素納米纖維為強(qiáng)化物提供基本成分的潛能。”