形形色色的納米紙

沈海軍

自從蔡倫發(fā)明了造紙術(shù)以來，紙張伴隨著人類的文明，已經(jīng)歷了上千年的歷史變遷。可以說，沒有紙張，我們的生活將不堪設(shè)想。不過，今天我們說的不是普通的紙，而是一類高科技產(chǎn)品——納米紙。

納米紙實(shí)際上是一個籠統(tǒng)的概念，泛指用納米材料制作的紙，或者是采用納米技術(shù)對紙張的某種性能進(jìn)行改善，上述紙張總稱為納米紙。

下面，就讓我們一起來看看，當(dāng)代納米技術(shù)都造就了哪些納米紙，這些形形色色的納米紙又有哪些奇特的性能和用途。

環(huán)保的納米石科紙

傳統(tǒng)的造紙術(shù)中，粗加工的木材或草首先通過堿性溶液處理制成紙漿；然后，再用一種被稱作“抄紙機(jī)”的設(shè)備將紙漿抄成紙。這種造紙技術(shù)存在著嚴(yán)重的環(huán)保問題：首先，造紙過程中會產(chǎn)生大量的強(qiáng)堿性污水，這些未經(jīng)處理的污水不僅會導(dǎo)致土壤堿化、河流中的魚類死亡，還會污染人類的飲用水源。其次，耗水量和木材消耗量極大。

針對上述情況，本世紀(jì)初，臺灣的造紙企業(yè)率先研發(fā)了一種環(huán)保的納米石科紙。這種納米紙的制作工藝和我們平時吃的鍋巴的制作過程有幾分相似。制作時，首先將普通的大理石原料磨成納米石粉，并和成“漿糊”；然后，將這種漿糊涂在基材上，并烘干；最后，將烘干后的涂層剝離，便獲得了一張張薄的納米石科紙。這種納米紙的制備流程簡單，不消耗水和木材，可算是造紙史上的一個革命性突破。

除了環(huán)保外，納米石科紙還具有打印效果清晰、不脫色的優(yōu)點(diǎn)。這一特點(diǎn)主要?dú)w功于制作過程中紙表面形成的無數(shù)個微小的孔洞，打印機(jī)的墨水或碳粉一旦被牢牢地吸附在這些納米尺寸的孔洞中，便不易擴(kuò)散。另外，由于納米石科紙的成分和大理石的成分相同，為碳酸鈣，這使得納米石料紙的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，既不怕潮，也不氧化，非常適用于貴重檔案、文件的保存。值得一提的是，這種納米紙的回收也極為簡便，只需在烈日下暴曬3個月便會自動風(fēng)化成石粉，石粉可以再利用。

不發(fā)霉的納米紙

絕大多數(shù)檔案庫或書庫中，常常充斥著一股刺鼻的霉味。這些氣味來自檔案、圖書紙張上的霉菌。霉菌在紙張上生長、吸收營養(yǎng)時，通常會分泌出一些色素或有機(jī)酸。分泌的色素會使紙張顏色發(fā)生變化，出現(xiàn)霉斑。嚴(yán)重時，霉斑甚至可以遮蓋住紙張上的字跡。有機(jī)酸在紙張上的積累，則會增加紙張的酸度，使字跡退色。

為了防止紙張霉變，人們除了要經(jīng)常給檔案庫和書庫通風(fēng)、放置干燥劑外，還要在珍貴檔案或書籍上使用抗菌劑。傳統(tǒng)的抗菌劑大多是一些對微生物生長有抑制作用的有機(jī)物。然而，實(shí)踐表明，這些有機(jī)抗菌劑普遍存在耐熱性差、易揮發(fā)、易分解產(chǎn)生有害物質(zhì)、安全性能差等缺點(diǎn)。為此，近年來，人們開始將目光投向銀、銅、鋅、氧化鈦、氧化鋅等無機(jī)抗菌劑。在紙張的無機(jī)抗菌方面，近年來的一項(xiàng)重要發(fā)明就是開發(fā)出具有抗菌功能的納米紙。

具有抗菌功能的納米紙和普通紙張的制作工藝類似，只是制作過程中在紙漿中添加了一定量的納米級無機(jī)抗菌劑。這種納米紙能很好地解決有機(jī)抗菌劑的缺點(diǎn)。

不泛黃、不怕火的納米紙

書籍或字畫放置久了紙張就會泛黃，這主要是因?yàn)榧垙堉械闹参锢w維在大氣和光照作用下發(fā)生了氧化反應(yīng)。近年來出現(xiàn)的納米無機(jī)化合物紙張則徹底解決了這一難題。

納米無機(jī)化合物紙張的制作工藝和傳統(tǒng)的造紙術(shù)相似，但使用的紙漿是無機(jī)纖維，其中，最具有代表性的無機(jī)化合物紙漿是玻璃纖維。起初，人們發(fā)現(xiàn)，玻璃纖維根本就打不成紙漿，加上玻璃纖維之間黏合力差，因此，制成的紙頁非常脆弱。后來，人們經(jīng)反復(fù)嘗試發(fā)現(xiàn)，如果把玻璃纖維的直徑控制在100納米以下，就可以解決因玻璃纖維伸縮性小、柔軟性差而引起的成紙難題。

玻璃纖維的化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，因此，有人大膽預(yù)測，經(jīng)過上百年后，這種納米無機(jī)化合物紙始終能“面不改色”。

納米無機(jī)化合物紙張還具有一項(xiàng)傳統(tǒng)紙無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，就是“不怕火”。對于這種納米紙來說，無論多大的火力，都不會使其燃燒。道理很簡單，因?yàn)樗怯貌ＡЮw維做的。這種納米紙也可用于飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)壁或變壓器上，起到防火、阻燃的作用。

可存儲電磁信息納米紙

“一張看似潔白的紙，上面卻隱含了大量的信息，甚至承載著多首歌曲”。說到這里，有些人可能會聯(lián)想到間諜影片中提到的“密寫”技術(shù)。所謂“密寫”，就是利用某些有機(jī)化合物對紙張的潛隱性能，在紙上寫出人們?nèi)庋劭床灰姷奈淖?，然后再通過一定的光、熱、蒸氣和化學(xué)作用顯示出字跡來的秘密通信方法。

不過，我們這里說的是另外一種技術(shù)——可存儲電磁信息納米紙，也可以稱其為“納米磁性紙”。

“納米磁性紙”的制造方法，是在紙的內(nèi)部或表面添加納米級的磁性粉末，再經(jīng)特殊處理后使其具有磁性。這科，紙可以像錄音磁帶那樣在特制的錄音機(jī)上錄音，成為存儲電磁信息的載體，當(dāng)然也能播放出聲音來。

高強(qiáng)度、超韌性的納米紙

“以后要捅破一張紙就沒那么容易了”。這句話說的是近來出現(xiàn)的高強(qiáng)度、超韌性納米紙。這些納米紙的共同特點(diǎn)是柔韌性極強(qiáng)，雖輕卻具有超出鋼鐵的強(qiáng)度。

2008年6月，瑞士科學(xué)家宣布成功研制出了一種高強(qiáng)度的納米紙。該紙的發(fā)明人——伯格倫德博士表示，這種納米紙韌性極佳，很硬，是利用傳統(tǒng)紙張中發(fā)現(xiàn)的生物材料——纖維素制作而成的。

在這種納米紙的制作中，伯格倫德利用酶將木材分解成紙漿，然后借助一個機(jī)械攪拌器將其分段，并使纖維素分解成纖維。結(jié)果是，未受損的纖維浮在水中。將水排干后，伯格倫德發(fā)現(xiàn)，這些纖維結(jié)在一起構(gòu)成網(wǎng)狀，形成了平滑的“納米紙”。機(jī)械測試顯示，該紙的強(qiáng)度比普通紙整整高出200倍，達(dá)到了目前建筑用鋼的水平。

不要以為上面提到的納米紙就是日前世界上強(qiáng)度最高的納米紙了。2008年10月，有報道稱，美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)的科研人員開發(fā)了一種神奇的納米紙：它看上去像復(fù)寫紙，比重是鋼的1／10，強(qiáng)度卻達(dá)到了鋼的500倍。那么，這種納米紙到底是一種什么樣的紙呢?原來，這種紙是用一種被稱作“納米碳管”的碳分子制成的。這種神奇的納米紙被稱作buckypaper，納米紙中納米碳管的直徑僅有十幾納米，約為人頭發(fā)直徑的五萬分之一。

除上述的纖維素、納米碳管紙外，2007年7月，英國《自然》雜志還介紹了用石墨微粒制成的納米紙。這也是一種比鋼鐵還硬但極其柔韌的超級紙張。該種新型紙張由美國西北大學(xué)的一個研究小組制造成功。研究人員在經(jīng)過特殊處理的水中將碳納米膜氧化物微粒驅(qū)散，然后用濾膜過濾。他們發(fā)現(xiàn)，水能夠使這種微粒在過濾器表面形成一種紙狀薄層。該納米紙比由碳納米管制成的紙張還要強(qiáng)韌并能被加工成各種尺寸。然而遺憾的是，這種納米紙怕水，浸泡在水中會慢慢分解。

既然這些納米紙重量輕、韌性優(yōu)越、強(qiáng)度又出奇的高，那么，它們自然會有廣闊的應(yīng)用前景。從目前的技術(shù)發(fā)展趨勢看，防彈衣、太空服，還有汽車、飛機(jī)以及航天器的結(jié)構(gòu)材料，都必將成為這種納米紙的用武之地。

令人陶醉的香型納米紙

隨著科技的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對紙的品質(zhì)的要求也愈來愈高。如今，通過在紙張中添加各種納米級的香料顆粒，人們已開發(fā)并生產(chǎn)出各種香型的印刷紙、書寫紙等系列用紙。這種加香紙不僅色澤柔和細(xì)膩，而且含有淡淡的清香。

可以想象，如將納米加香紙應(yīng)用于印制書刊、課本、練習(xí)本、筆記本及各種讀物，人們在閱讀、書寫時就會因陣陣清香而感到心曠神怡，從而減輕長時間閱讀和寫作帶來的疲憊。當(dāng)然，如果采用玫瑰香型的納米信紙給你的心上人寫封情書，甜言蜜語加上清新的玫瑰花香，想必也是一種不錯的選擇。(文章代碼：2212)

(責(zé)任編輯)趙菲