來源化學(xué)加

紙是中國的四大發(fā)明之一，這一簡單而又實(shí)用的發(fā)明在今天依然發(fā)揮著重要的作用。然而，紙不耐火、不防水，難免限制了其使用范圍，并有著一定的安全隱患。中科院一研究小組卻發(fā)明了耐火且防水的紙張，這到底是怎么一回事呢？

書籍是人類進(jìn)步的階梯，而紙張則是書籍的載體，但是，紙張的不安全性成為了其在傳承人類文明過程中的一大隱患。

比如你看：

2014年1月，法國圖書館由于輸水管道破裂，導(dǎo)致一萬多部書籍被淹。

2015年1月，莫斯科社會(huì)科學(xué)信息研究所圖書館發(fā)生重大火災(zāi)，大量古籍被毀。堪稱俄羅斯學(xué)界的“切爾諾貝利事件”。

所以，要是有一種又耐火又防水的紙張就好了！

這可不是癡人說夢(mèng)！前不久，來自中科院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究小組就發(fā)明了這種科幻般“水火不侵”的紙張。

耐火紙張可以耐受5分鐘的高溫而不燃燒

一杯紅茶潑上去，紙張絲毫不受影響

羥基磷灰石創(chuàng)造的神話

這一切來自于良好的材料設(shè)計(jì)。普通的紙張是由天然有機(jī)高分子纖維素所制造，自然不耐火，而這種新型紙張，使用的卻是無機(jī)材料-羥基磷灰石，因此耐火性很好。這是一種天然的礦物質(zhì)，并且它是脊椎動(dòng)物骨骼和牙齒的主要無機(jī)成份，也可以被人工合成，具有優(yōu)良的生物相容性并且環(huán)境友好，本身呈現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的白色，是制造紙張的理想材料。

那么為什么它還是防水的呢？

防水圖：這種紙張能夠防止水以及多種飲料的浸透，如牛奶、橙汁、可樂等

原來，在制造配方中，研究者引入了油酸鹽成分，它是一種疏水親油的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，將羥基磷灰石采用納米線的結(jié)構(gòu)，一方面這種納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步增強(qiáng)其疏水性能，另一方面也賦予羥基磷灰石材料柔韌性，使其可以制造成柔軟的紙張。

羥基磷灰石紙張的制造過程，簡單來說，就是先用溶劑熱法得到羥基磷灰石的納米線結(jié)構(gòu)，再將其與油酸鹽進(jìn)行溶液共混，最后濾掉液體，即得到濾餅，即為羥基磷灰石紙張。

不懼磨煉的多面小能手

在微觀結(jié)構(gòu)上，其垂直方向上是層層堆積的結(jié)構(gòu)，而每一層中又是有著粗糙形貌的微觀結(jié)構(gòu)。

fg圖為其截面形貌，可以很清晰的看到層狀結(jié)構(gòu)，圖hi為表面圖，圖j為水滴滴落在其表面的狀態(tài)，呈現(xiàn)出很大的超疏水性能

常規(guī)利用微納結(jié)構(gòu)制備的超疏水材料最大的問題就是不耐磨損，而這種紙張卻不怕摩擦。這種特點(diǎn)來自于其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)表面的層狀結(jié)構(gòu)被磨損掉后，下層就暴露出來，但是下一層還具有同樣的微納結(jié)構(gòu)與油酸鹽分子，因此絲毫不影響其繼續(xù)發(fā)揮其超疏水的性能。

另外，它可以變身其他領(lǐng)域的小能手，除了將其開發(fā)成紙張，利用其表面疏水卻親油的特點(diǎn)，可以將其開發(fā)成一種簡易的油水分離器。

油水分離動(dòng)圖：吸取水體表面的油滴，為方便觀察，油滴中混有少量色素

還可以作為一種易清潔灰塵的涂層：

自清潔動(dòng)圖

可以預(yù)期，這種紙張不僅能夠作為永久和安全的信息存儲(chǔ)介質(zhì)幫助長久保存書寫和印刷文件及檔案等重要的紙質(zhì)文件，而且可以大幅度減少人類對(duì)傳統(tǒng)植物纖維素紙的依賴，使大規(guī)模森林等寶貴的自然資源得以保全，還可以減少環(huán)境污染，具有重要的科學(xué)與生產(chǎn)意義。