形形色色的納米紙

沈海軍

自從蔡倫發明了造紙術以來，紙張伴隨著人類的文明，已經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想。不過，今天我們說的不是普通的紙，而是一類高科技產品——納米紙。

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

下面，就讓我們一起來看看，當代納米技術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。

環保的納米石科紙

傳統的造紙術中，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”的設備將紙漿抄成紙。這種造紙技術存在著嚴重的環保問題：首先，造紙過程中會產生大量的強堿性污水，這些未經處理的污水不僅會導致土壤堿化、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，本世紀初，臺灣的造紙企業率先研發了一種環保的納米石科紙。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。

除了環保外，納米石科紙還具有打印效果清晰、不脫色的優點。這一特點主要歸功于制作過程中紙表面形成的無數個微小的孔洞，打印機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性質非常穩定，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個月便會自動風化成石粉，石粉可以再利用。

不發霉的納米紙

絕大多數檔案庫或書庫中，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、吸收營養時，通常會分泌出一些色素或有機酸。分泌的色素會使紙張顏色發生變化，出現霉斑。嚴重時，霉斑甚至可以遮蓋住紙張上的字跡。有機酸在紙張上的積累，則會增加紙張的酸度，使字跡退色。

為了防止紙張霉變，人們除了要經常給檔案庫和書庫通風、放置干燥劑外，還要在珍貴檔案或書籍上使用抗菌劑。傳統的抗菌劑大多是一些對微生物生長有抑制作用的有機物。然而，實踐表明，這些有機抗菌劑普遍存在耐熱性差、易揮發、易分解產生有害物質、安全性能差等缺點。為此，近年來，人們開始將目光投向銀、銅、鋅、氧化鈦、氧化鋅等無機抗菌劑。在紙張的無機抗菌方面，近年來的一項重要發明就是開發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抗菌劑。這種納米紙能很好地解決有機抗菌劑的缺點。

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，這主要是因為紙張中的植物纖維在大氣和光照作用下發生了氧化反應。近年來出現的納米無機化合物紙張則徹底解決了這一難題。

納米無機化合物紙張的制作工藝和傳統的造紙術相似，但使用的紙漿是無機纖維，其中，最具有代表性的無機化合物紙漿是玻璃纖維。起初，人們發現，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，人們經反復嘗試發現，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。

玻璃纖維的化學性質極其穩定，因此，有人大膽預測，經過上百年后，這種納米無機化合物紙始終能“面不改色”。

納米無機化合物紙張還具有一項傳統紙無法比擬的優點，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，因為它是用玻璃纖維做的。這種納米紙也可用于飛機機艙內壁或變壓器上，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，有些人可能會聯想到間諜影片中提到的“密寫”技術。所謂“密寫”，就是利用某些有機化合物對紙張的潛隱性能，在紙上寫出人們肉眼看不見的文字，然后再通過一定的光、熱、蒸氣和化學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——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，是在紙的內部或表面添加納米級的磁性粉末，再經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上錄音，成為存儲電磁信息的載體，當然也能播放出聲音來。

高強度、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的高強度、超韌性納米紙。這些納米紙的共同特點是柔韌性極強，雖輕卻具有超出鋼鐵的強度。

2008年6月，瑞士科學家宣布成功研制出了一種高強度的納米紙。該紙的發明人——伯格倫德博士表示，這種納米紙韌性極佳，很硬，是利用傳統紙張中發現的生物材料——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，然后借助一個機械攪拌器將其分段，并使纖維素分解成纖維。結果是，未受損的纖維浮在水中。將水排干后，伯格倫德發現，這些纖維結在一起構成網狀，形成了平滑的“納米紙”。機械測試顯示，該紙的強度比普通紙整整高出200倍，達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度最高的納米紙了。2008年10月，有報道稱，美國佛羅里達州立大學的科研人員開發了一種神奇的納米紙：它看上去像復寫紙，比重是鋼的1／10，強度卻達到了鋼的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的一個研究小組制造成功。研究人員在經過特殊處理的水中將碳納米膜氧化物微粒驅散，然后用濾膜過濾。他們發現，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、韌性優越、強度又出奇的高，那么，它們自然會有廣闊的應用前景。從目前的技術發展趨勢看，防彈衣、太空服，還有汽車、飛機以及航天器的結構材料，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

隨著科技的發展，人們的生活水平不斷提高，對紙的品質的要求也愈來愈高。如今，通過在紙張中添加各種納米級的香料顆粒，人們已開發并生產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膩，而且含有淡淡的清香。

可以想象，如將納米加香紙應用于印制書刊、課本、練習本、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)

(責任編輯)趙菲