紙是我國古代的四大發(fā)明之一，紙的問世極大地促進(jìn)了人類文化、文明和科技的傳播與發(fā)展。即便是在當(dāng)今科技高速發(fā)展的電子信息時代，紙仍然是人們?nèi)粘９ぷ骱蜕畈豢扇鄙俚亩嘤猛井a(chǎn)品。但遺憾的是傳統(tǒng)植物纖維紙不僅怕火還怕水?；仡櫲祟惵L的歷史，可以發(fā)現(xiàn)很多珍貴的古書籍和文物基本上都是在火災(zāi)或水災(zāi)中被破壞掉的。?

　　不過，幸運的是，如今的科學(xué)家已經(jīng)可以利用現(xiàn)代高科技來解決這個千百年來的難題了。他們研制出的這種不怕水火的新型紙張，就像《西游記》里唐僧的神奇袈裟一樣水火不侵。?

　　俗話說“水火無情”，水和火都是紙的天敵，傳統(tǒng)植物纖維紙既不耐火、也不防水，這些缺點不僅限制了傳統(tǒng)統(tǒng)植物纖維紙的應(yīng)用，而且為珍貴的書籍、文件和紙質(zhì)文物的長期保存埋下了巨大隱患。長期以來，無數(shù)寶貴的紙質(zhì)文物和書籍在火災(zāi)和水災(zāi)中損毀，這對于人類來說無疑是不可估量的巨大損失，令人痛心惋惜。?

　　例如，2014年1月，法國國家圖書館遭遇水災(zāi)，超過一萬冊書籍被水淹沒而受到損毀，而該圖書館在2004年也發(fā)生過同樣的悲?。?015年1月30日，莫斯科社會科學(xué)信息研究所圖書館發(fā)生重大火災(zāi)，大火持續(xù)了十幾個小時，數(shù)以百萬計的珍貴古籍圖書資料在大火中被燒毀。更加雪上加霜的是，在噴水滅火過程中又使很多的圖書資料受到損壞。?

　　為了避免類似事故的發(fā)生，各國的科學(xué)家都在全力以赴地研制既能耐火又能防水的超級紙。2013年，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所?朱英杰研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊經(jīng)過不懈的努力，成功地人工合成出具有良好柔韌性的羥基磷灰石超長納米線，這段線的長度可以達(dá)到100微米以上，直徑只有大約10納米，相當(dāng)于人頭發(fā)絲粗細(xì)的萬分之一左右。?

　　于是，朱英杰團(tuán)隊便創(chuàng)新性地采用這段新合成的超長納米線作為原料，成功地研制出新型耐火紙，使“紙能包住火”成為現(xiàn)實。這種新型耐火紙外觀顏色整體是白色的，具有很高的柔韌性，可以任意卷曲，并且還耐高溫，不燃燒，更重要的是，這種新型耐火紙和普通纖維紙都可以用在書寫和打印機(jī)彩色打印。但當(dāng)時研制的新型耐火紙雖然不怕火，但是它還是怕水的，所以還需要解決耐火紙的防水難題。?

　　要解決新型耐火紙的防水難題，就需要使耐火紙具有超疏水性能。在這里，我們要先來簡單了解一下什么是超疏水性能。?

　　理論上來說，超疏水性能主要是指水珠在材料表面的穩(wěn)定接觸角大于150度并且滾動接觸角小于10度，并且，這種超疏水性能的材料大部分都具有抗污、防霧、自清潔等優(yōu)點，在多個領(lǐng)域都擁有良好的應(yīng)用前景?？茖W(xué)家們之所以會有這樣的思路，還要歸功于荷葉“出淤泥而不染”的這個特點。?

　　實際上，荷葉之所以“出淤泥而不染”，主要是因為荷葉表面上有很多微米級的蠟質(zhì)凸起結(jié)構(gòu)，并且在每個微米級凸起的表面又生長了許許多多的納米結(jié)構(gòu)，這樣就形成了很多微納米尺寸的小空間，這些小空間里充滿了空氣，形成一個一個的小氣室。?

　　而當(dāng)雨水落在荷葉表面上的時候，由于球形狀態(tài)下水的表面張力最小也最穩(wěn)定，所以雨水就會在荷葉上形成球形水珠。這種球形水珠一般都是毫米級的尺寸大小，不能夠進(jìn)入尺寸更小的小氣室，于是就只能在一個個小氣室頂端跑來跑去。?

　　荷葉表面還覆蓋一層生物臘狀物質(zhì)，它是一種低表面能的物質(zhì)，具有很強(qiáng)的疏水作用。荷葉表面的微納米結(jié)構(gòu)和生物臘狀物質(zhì)二者結(jié)合，相互協(xié)同作用，也就讓球形水珠與荷葉表面產(chǎn)生了排斥性，進(jìn)而造成了荷葉的超疏水性能。也正是由于荷葉表面的這些特點，使荷葉表面與水珠的接觸面積變小，因此就出現(xiàn)了球形水珠在荷葉表面滾動并能帶走灰塵的現(xiàn)象，這才讓荷葉能夠出淤泥而不染。?

　　聽過有關(guān)荷葉超疏水結(jié)構(gòu)的介紹之后，我們也相應(yīng)的了解了超疏水材料的重要應(yīng)用價值。近年來，國內(nèi)外學(xué)者利用各種方法制備超疏水材料。然而，有些制備方法不僅對儀器設(shè)備的要求比較高，而且還經(jīng)常使用一些含氟化學(xué)試劑對材料表面進(jìn)行化學(xué)修飾以降低其表面能，從而獲得超疏水特性。但是，含氟化合物通常比較昂貴，而且具有一定的毒性，對人體和環(huán)境存在潛在的安全性隱患，所以并不適合推廣使用。?

　　2016年，經(jīng)過幾年的科研攻關(guān)，朱英杰團(tuán)隊成功地研制出一種新型防水耐火紙。這種新型防水耐火紙是采用表面吸附了具有疏水作用的油酸分子的超長納米線作為原料制備而成的。其中，表面吸附了油酸分子的超長納米線可以用普通的化工原料人工合成，并不需要消耗樹木等寶貴的自然資源，所以說新型防水耐火紙的整個制造過程環(huán)境友好，不會對環(huán)境造成污染，具有良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。?

　　不過，關(guān)于這種新型的防水耐火紙，大多數(shù)人還是有一些疑問的，接下來，我們不妨用幾個問題來簡單了解一些這種新型材料。?

　　1、制備新型防水耐火紙所用的油酸是什么物質(zhì)？?

　　其實，油酸具有很多優(yōu)點，例如無毒、無害、環(huán)境友好，并且價格相對來說還比較便宜。油酸廣泛存在于自然界中，主要以甘油酯的形式存在于動植物油脂中。油酸在人體的新陳代謝過程中發(fā)揮著重要作用，是食物中不可缺少的營養(yǎng)素，并且吃一些含有油酸的食用油還有益于健康。此外，油酸的鈉鹽或鉀鹽是肥皂的成分之一。?

　　2、新型防水耐火紙的防水性能是如何實現(xiàn)的？?

　　在新型防水耐火紙的制造過程中，表面吸附了油酸分子的超長納米線之間通過相互重疊、交織、纏繞形成納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得耐火紙形成類似微納米結(jié)構(gòu)的表面，再加上超長納米線表面吸附的油酸分子具有疏水作用，因此防水耐火紙就擁有了優(yōu)良的超疏水性能和防水功能。?

　　新型防水耐火紙具有多種功能，例如高柔韌性、優(yōu)良穩(wěn)定的超疏水性能、良好的自清潔功能以及耐火性能。另外，科研人員所制備的防水耐火紙不僅對水具有優(yōu)良的超疏水性能，對多種商業(yè)飲料也同樣有這種性能，進(jìn)而真正研制出了“水火不侵”的紙張。?

　　3、新型防水耐火紙在高溫等惡劣環(huán)境下還能保持防水嗎？?

　　事實上，這種新型防水耐火紙還有一個突出的優(yōu)點，那就是防水性能具有很高的穩(wěn)定性，即使受到物理損傷或在高溫嚴(yán)酷環(huán)境中，它仍然能夠很好地保持防水性能。雖然學(xué)術(shù)界對超疏水材料進(jìn)行了深入的研究，但是要實現(xiàn)穩(wěn)定、可抗機(jī)械損傷和外界嚴(yán)酷環(huán)境的超疏水性能仍然是一個很大的挑戰(zhàn)。?

　　超疏水表面遭受物理破壞或處于高溫等嚴(yán)酷環(huán)境中往往不能很好地保持超疏水狀態(tài)。針對這一難題，朱英杰團(tuán)隊提出了層狀結(jié)構(gòu)防水耐火紙的概念，采用經(jīng)表面吸附油酸的超長納米線作為原料成功制備出具有層狀結(jié)構(gòu)的新型防水耐火紙，這種防水耐火紙不僅表面層呈現(xiàn)超疏水狀態(tài)，而且它的內(nèi)部也呈現(xiàn)超疏水狀態(tài)。當(dāng)表面層受到物理破壞后，內(nèi)部暴露出來的新層仍然保持超疏水狀態(tài)，從而可實現(xiàn)耐火紙防水性能的高穩(wěn)定性，讓耐火紙在受到機(jī)械損傷或在高溫嚴(yán)酷環(huán)境中仍能完好保持防水性能。?

　　總的來說，新型防水耐火紙是科研人員幾年來不屑的努力，它不僅能夠防水耐火，還具有一定的自清潔性。所以，當(dāng)以后的紙張逐漸替換成新型防水耐火紙后，相信未來的文獻(xiàn)資料再也不用害怕污染損壞了，也就可以保存的更加完整長久了。?

　　好的，今天的非常科學(xué)到這里就要告一段落了。如果您想要了解更多的科普信息，可以搜索微信公眾號“feichangkexue”來關(guān)注我們，或者通過新浪官方微博“經(jīng)濟(jì)之聲非常科學(xué)”與我們節(jié)目組進(jìn)行互動。主持人亞楠代表編輯制作感謝大家的收聽，并誠邀您明天同一時間繼續(xù)與我們相約《非?？茖W(xué)》。?



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