紙是我國古代的四大發明之一，紙的問世極大地促進了人類文化、文明和科技的傳(chuan) 播與(yu) 發展。即便是在當今科技高速發展的電子信息時代，紙仍然是人們(men) 日常工作和生活不可缺少的多用途產(chan) 品。但遺憾的是傳(chuan) 統植物纖維紙不僅(jin) 怕火還怕水。回顧人類漫長的曆史，可以發現很多珍貴的古書(shu) 籍和文物基本上都是在火災或水災中被破壞掉的。 

　　不過，幸運的是，如今的科學家已經可以利用現代高科技來解決(jue) 這個(ge) 千百年來的難題了。他們(men) 研製出的這種不怕水火的新型紙張，就像《西遊記》裏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(chuan) 統植物纖維紙既不耐火、也不防水，這些缺點不僅(jin) 限製了傳(chuan) 統統植物纖維紙的應用，而且為(wei) 珍貴的書(shu) 籍、文件和紙質文物的長期保存埋下了巨大隱患。長期以來，無數寶貴的紙質文物和書(shu) 籍在火災和水災中損毀，這對於(yu) 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(shu) 館遭遇水災，超過一萬(wan) 冊(ce) 書(shu) 籍被水淹沒而受到損毀，而該圖書(shu) 館在2004年也發生過同樣的悲劇；2015年1月30日，莫斯科社會(hui) 科學信息研究所圖書(shu) 館發生重大火災，大火持續了十幾個(ge) 小時，數以百萬(wan) 計的珍貴古籍圖書(shu) 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(shu) 資料受到損壞。 

　　為(wei) 了避免類似事故的發生，各國的科學家都在全力以赴地研製既能耐火又能防水的超級紙。2013年，中國科學院上海矽酸鹽研究所 朱英傑研究員帶領的科研團隊經過不懈的努力，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到100微米以上，直徑隻有大約10納米，相當於(yu) 人頭發絲(si) 粗細的萬(wan) 分之一左右。 

　　於(yu) 是，朱英傑團隊便創新性地采用這段新合成的超長納米線作為(wei) 原料，成功地研製出新型耐火紙，使“紙能包住火”成為(wei) 現實。這種新型耐火紙外觀顏色整體(ti) 是白色的，具有很高的柔韌性，可以任意卷曲，並且還耐高溫，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(shu) 寫(xie) 和打印機彩色打印。但當時研製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(jue) 耐火紙的防水難題。 

　　要解決(jue) 新型耐火紙的防水難題，就需要使耐火紙具有超疏水性能。在這裏，我們(men) 要先來簡單了解一下什麽(me) 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麵的穩定接觸角大於(yu) 150度並且滾動接觸角小於(yu) 10度，並且，這種超疏水性能的材料大部分都具有抗汙、防霧、自清潔等優(you) 點，在多個(ge) 領域都擁有良好的應用前景。科學家們(men) 之所以會(hui) 有這樣的思路，還要歸功於(yu) 荷葉“出淤泥而不染”的這個(ge) 特點。 

　　實際上，荷葉之所以“出淤泥而不染”，主要是因為(wei) 荷葉表麵上有很多微米級的蠟質凸起結構，並且在每個(ge) 微米級凸起的表麵又生長了許許多多的納米結構，這樣就形成了很多微納米尺寸的小空間，這些小空間裏充滿了空氣，形成一個(ge) 一個(ge) 的小氣室。 

　　而當雨水落在荷葉表麵上的時候，由於(yu) 球形狀態下水的表麵張力最小也最穩定，所以雨水就會(hui) 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，不能夠進入尺寸更小的小氣室，於(yu) 是就隻能在一個(ge) 個(ge) 小氣室頂端跑來跑去。 

　　荷葉表麵還覆蓋一層生物臘狀物質，它是一種低表麵能的物質，具有很強的疏水作用。荷葉表麵的微納米結構和生物臘狀物質二者結合，相互協同作用，也就讓球形水珠與(yu) 荷葉表麵產(chan) 生了排斥性，進而造成了荷葉的超疏水性能。也正是由於(yu) 荷葉表麵的這些特點，使荷葉表麵與(yu) 水珠的接觸麵積變小，因此就出現了球形水珠在荷葉表麵滾動並能帶走灰塵的現象，這才讓荷葉能夠出淤泥而不染。 

　　聽過有關(guan) 荷葉超疏水結構的介紹之後，我們(men) 也相應的了解了超疏水材料的重要應用價(jia) 值。近年來，國內(nei) 外學者利用各種方法製備超疏水材料。然而，有些製備方法不僅(jin) 對儀(yi) 器設備的要求比較高，而且還經常使用一些含氟化學試劑對材料表麵進行化學修飾以降低其表麵能，從(cong) 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(ti) 和環境存在潛在的安全性隱患，所以並不適合推廣使用。 

　　2016年，經過幾年的科研攻關(guan) ，朱英傑團隊成功地研製出一種新型防水耐火紙。這種新型防水耐火紙是采用表麵吸附了具有疏水作用的油酸分子的超長納米線作為(wei) 原料製備而成的。其中，表麵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，並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(ge) 製造過程環境友好，不會(hui) 對環境造成汙染，具有良好的產(chan) 業(ye) 化應用前景。 

　　不過，關(guan) 於(yu) 這種新型的防水耐火紙，大多數人還是有一些疑問的，接下來，我們(men) 不妨用幾個(ge) 問題來簡單了解一些這種新型材料。 

　　1、製備新型防水耐火紙所用的油酸是什麽(me) 物質？ 

　　其實，油酸具有很多優(you) 點，例如無毒、無害、環境友好，並且價(jia) 格相對來說還比較便宜。油酸廣泛存在於(yu) 自然界中，主要以甘油酯的形式存在於(yu) 動植物油脂中。油酸在人體(ti) 的新陳代謝過程中發揮著重要作用，是食物中不可缺少的營養(yang) 素，並且吃一些含有油酸的食用油還有益於(yu) 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的？ 

　　在新型防水耐火紙的製造過程中，表麵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絡結構，這種特殊的結構使得耐火紙形成類似微納米結構的表麵，再加上超長納米線表麵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(you) 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(you) 良穩定的超疏水性能、良好的自清潔功能以及耐火性能。另外，科研人員所製備的防水耐火紙不僅(jin) 對水具有優(you) 良的超疏水性能，對多種商業(ye) 飲料也同樣有這種性能，進而真正研製出了“水火不侵”的紙張。 

　　3、新型防水耐火紙在高溫等惡劣環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(ge) 突出的優(you) 點，那就是防水性能具有很高的穩定性，即使受到物理損傷(shang) 或在高溫嚴(yan) 酷環境中，它仍然能夠很好地保持防水性能。雖然學術界對超疏水材料進行了深入的研究，但是要實現穩定、可抗機械損傷(shang) 和外界嚴(yan) 酷環境的超疏水性能仍然是一個(ge) 很大的挑戰。 

　　超疏水表麵遭受物理破壞或處於(yu) 高溫等嚴(yan) 酷環境中往往不能很好地保持超疏水狀態。針對這一難題，朱英傑團隊提出了層狀結構防水耐火紙的概念，采用經表麵吸附油酸的超長納米線作為(wei) 原料成功製備出具有層狀結構的新型防水耐火紙，這種防水耐火紙不僅(jin) 表麵層呈現超疏水狀態，而且它的內(nei) 部也呈現超疏水狀態。當表麵層受到物理破壞後，內(nei) 部暴露出來的新層仍然保持超疏水狀態，從(cong) 而可實現耐火紙防水性能的高穩定性，讓耐火紙在受到機械損傷(shang) 或在高溫嚴(yan) 酷環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(jin) 能夠防水耐火，還具有一定的自清潔性。所以，當以後的紙張逐漸替換成新型防水耐火紙後，相信未來的文獻資料再也不用害怕汙染損壞了，也就可以保存的更加完整長久了。 

　　好的，今天的非常科學到這裏就要告一段落了。如果您想要了解更多的科普信息，可以搜索微信公眾(zhong) 號“feichangkexue”來關(guan) 注我們(men) ，或者通過新浪官方微博“經濟之聲非常科學”與(yu) 我們(men) 節目組進行互動。主持人亞(ya) 楠代表編輯製作感謝大家的收聽，並誠邀您明天同一時間繼續與(yu) 我們(men) 相約《非常科學》。 



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