中科院发明新型高科技纸张，水火不侵！

Original 2016-12-26 huaxuejia 化学加

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导读

纸是中国的四大发明之一，这一简单而又实用的发明在今天依然发挥着重要的作用。然而，纸不耐火、不防水，难免限制了其使用范围，并有着一定的安全隐患。中科院一研究小组却发明了耐火且防水的纸张，这到底是怎么一回事呢？

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书籍是人类进步的阶梯，而纸张则是书籍的载体，但是，纸张的不安全性成为了其在传承人类文明过程中的一大隐患。
比如你看：
2014年1月，法国图书馆由于输水管道破裂，导致一万多部书籍被淹。
2015年1月，莫斯科社会科学信息研究所图书馆发生重大火灾，大量古籍被毁。堪称俄罗斯学界的“切尔诺贝利事件”。
所以，要是有一种又耐火又防水的纸张就好了！
这可不是痴人说梦！前不久，来自中科院上海硅酸盐研究所朱英杰研究小组就发明了这种科幻般“水火不侵”的纸张。

（图1：耐火纸张可以耐受5分钟的高温而不燃烧）

（图2：一杯红茶泼上去，纸张丝毫不受影响）
羟基磷灰石创造的神话
这一切来自于良好的材料设计。普通的纸张是由天然有机高分子纤维素所制造，自然不耐火，而这种新型纸张，使用的却是无机材料-羟基磷灰石，因此耐火性很好。这是一种天然的矿物质，并且它是脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机成份，也可以被人工合成，具有优良的生物相容性并且环境友好，本身呈现优质的白色，是制造纸张的理想材料。
那么为什么它还是防水的呢？

（防水图：这种纸张能够防止水以及多种饮料的浸透，如牛奶、橙汁、可乐等）
原来，在制造配方中，研究者引入了油酸盐成分，它是一种疏水亲油的结构。同时，将羟基磷灰石采用纳米线的结构，一方面这种纳米级粗糙结构可以进一步增强其疏水性能，另一方面也赋予羟基磷灰石材料柔韧性，使其可以制造成柔软的纸张。

（图3：羟基磷灰石纸张的制造过程，简单来说，就是先用溶剂热法得到羟基磷灰石的纳米线结构，再将其与油酸盐进行溶液共混，最后滤掉液体，即得到滤饼，即为羟基磷灰石纸张）
不惧磨炼的多面小能手
在微观结构上，其垂直方向上是层层堆积的结构，而每一层中又是有着粗糙形貌的微观结构。

（图4：fg图为其截面形貌，可以很清晰的看到层状结构，图hi为表面图，图j为水滴滴落在其表面的状态，呈现出很大的超疏水性能）
常规利用微纳结构制备的超疏水材料最大的问题就是不耐磨损，而这种纸张却不怕摩擦。这种特点来自于其独特的层状结构，当表面的层状结构被磨损掉后，下层就暴露出来，但是下一层还具有同样的微纳结构与油酸盐分子，因此丝毫不影响其继续发挥其超疏水的性能。
另外，它可以变身其他领域的小能手，除了将其开发成纸张，利用其表面疏水却亲油的特点，可以将其开发成一种简易的油水分离器。

（油水分离动图：吸取水体表面的油滴，为方便观察，油滴中混有少量色素）
还可以作为一种易清洁灰尘的涂层:

(自清洁动图)
可以预期，这种纸张不仅能够作为永久和安全的信息存储介质帮助长久保存书写和印刷文件及档案等重要的纸质文件，而且可以大幅度减少人类对传统植物纤维素纸的依赖，使大规模森林等宝贵的自然资源得以保全，还可以减少环境污染，具有重要的科学与生产意义。
参考文献：Chen, F.-F.; Zhu, Y.-J.; Xiong, Z.-C.; Sun, T.-W.; Shen, Y.-Q., Highly Flexible Superhydrophobic and Fire-Resistant Layered Inorganic Paper. ACS Applied Materials & Interfaces 2016, 8 (50), 34715-34724.