這種紙竟然水火不侵！中科院上海硅酸鹽研究所國內(nèi)外首創(chuàng)

2017-01-11 上觀新聞

說到紙，你會想到什么？火一燒，沒了；水一澆，沒用了。傳統(tǒng)的植物纖維紙，正是因為這些缺點限制了應用，也為珍貴的紙質文物的保存埋下了隱患。想象過“水火不侵”的紙嗎？最近，中科院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員帶領的科研團隊，成功研發(fā)出一種新型防水耐火紙，既防水又耐火，可以直接在打印機上使用，為國內(nèi)外首創(chuàng)。

一千多次試驗，有了第一次突破

先從耐火紙說起吧。朱英杰團隊長年和納米生物材料打交道，經(jīng)過6年一千多次試驗后，2013年，他們成功地合成了長度為幾十到100多微米的羥基磷灰石（人的骨骼、牙齒的無機成分）超長納米線。當時，文獻報道的羥基磷灰石納米線一般只有幾微米，質地堅硬，柔韌性差。幾十到100多微米的長度，大大地提高了柔韌性，給了科研人員更大的想象空間。這一發(fā)現(xiàn)能用來做什么呢？

當時，有一個小插曲。朱英杰的一名博士生，想把溶液里的超長納米線過濾一下，再洗滌干燥。結果，他用漏斗過濾時發(fā)現(xiàn)，這個材料沒有在濾紙上留下粉末，反而連成一片。他愁眉苦臉地找到朱英杰，說“就像一張薄膜”，沒法過濾。朱英杰一聽靈感來了，這個材料本身就具備耐高溫、不燃燒特性，那就干脆做成耐火紙吧。

考慮到鈔票、病歷和發(fā)票紙等交換頻繁，容易滋生細菌和傳染疾病，朱英杰團隊去年年初時，又在耐火紙基礎上增加了抗菌功能。

就算表面層受到破壞，仍具備防水功能

不怕火燒，能否也不怕水淹呢？由于水管爆裂，法國國家圖書館曾經(jīng)兩次遭遇水災，超過一萬冊珍貴的書籍被損毀。朱英杰團隊又瞄準了超疏水材料。

荷花之所以出淤泥而不染，就在于其表面有微米/納米結構和一層超疏水材料。水黽能在水上行走而不劃破水面，也是因為其足上的超疏水材料。盡管學術界對于超疏水材料已進行了深入研究，但如果遭到物理破壞或在高溫環(huán)境下，這種材料往往就不再具備超疏水功能了。

針對這一難題，朱英杰團隊提出了層狀結構超疏水耐火紙的概念，采用經(jīng)表面修飾的羥基磷灰石超長納米線作為原料。所謂的層狀，有點像“千層餅”，有著很多層，不僅表面層呈現(xiàn)超疏水狀態(tài)，其內(nèi)部也呈現(xiàn)超疏水狀態(tài)。當表面層受到物理破壞后，內(nèi)部暴露出來的新層仍然能夠保持超疏水狀態(tài)。

朱英杰團隊在實驗室里使用了手指摩擦、膠帶粘貼剝離、砂紙磨損、刀劃割等手段，發(fā)現(xiàn)該耐火紙受到機械損傷或在高溫嚴酷環(huán)境中仍能完好保持防水性能。其不僅對水具有優(yōu)良的超疏水性能，對礦泉水、橙汁、紅茶、牛奶和咖啡等也具有良好的超疏水性能。

這一防水耐火紙具有良好的自清潔功能，落在紙上的水會形成球形水珠，在紙的表面自由地滾動并帶走灰塵。如果把這一防水耐火紙用于露天廣告牌等，利用雨水可自動保持清潔，降低成本。另外，防水耐火紙在呈現(xiàn)超疏水性能的同時，也呈現(xiàn)超親油狀態(tài)，可應用于油和水的快速高效分離?！叭绻痛诤Ｉ闲孤读耍梢允褂眠@一材料，防止生態(tài)污染。”朱英杰告訴解放日報·上觀新聞記者，防水耐火紙還具有優(yōu)良的隔熱耐火性能，可應用于保護易燃物品免于火災焚毀。

紅色液滴是油，周圍是水，把耐火紙放在油上面，紙把油全部吸走，水就干凈了。