Бумага терпит: Лист прочнее чугуна

С химической точки зрения, это именно бумага – комбинация волокон целлюлозы. Но особое расположение этих волокон сделало листы почти такими же прочными, как сталь. В принципе, из такой бумаги можно строить мосты и корабли.
Бумага терпит: Лист прочнее чугуна

Поэтам будущего придется попотеть, разрывая непонравившиеся черновики своих произведений: шведским ученым во главе с Ларсом Берглундом (Lars Berglund) удалось разработать «нанобумагу», используя ту же основу, что и в бумаге обычной — волокна целлюлозы. Этот полисахарид составляет основную массу клеточных стенок растений (древесина примерно наполовину состоит из нее) и считается самым распространенным по массе органическим веществом на Земле.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В естественных условиях — в растения — отдельные нити целлюлозы формируют нити диаметром около 20 нм (примерно в 5 тыс. раз тоньше человеческого волоса). Нити, в свою очередь, организуются в прочные сети, дающие поддержку всей клетке, как стены поддерживают дом. Несмотря на свои «наноразмеры», волокна целлюлозы образуют весьма прочный надежный каркас, в чем может убедиться каждый, пытаясь сломать ствол дерева.

Выделенная из древесины целлюлоза идет на производство бумаги и целлофана, а с недавних пор — и некоторых новейших пластиков. Но до сих пор человечество использовало ее, как дешевый «заполняющий» материал, игнорируя колоссальный потенциал, который заключают в себе механические свойства волокон целлюлозы. Жесткая обработка, которой подвергается древесина при производстве бумаги, разрушает даже отдельные нити этого полимера, многократно снижая прочность. Но Ларс Берглунд с коллегами создали новую, гораздо более бережную технологию обработки — и с гораздо более твердым результатом.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Метод включает в себя осторожное разрушение древесины ферментами, а затем аккуратное дополнительное механическое фрагментирование. Это позволяет шаг за шагом разлагать целлюлозный каркас, получая отдельные целые нити, растворенные в воде. После этого вода испаряется, а нити целлюлозы снова «сшиваются» вместе — теперь уже в плоской конструкции — образуя друг с другом многочисленные водородные связи. Отдельные волокна образовавшегося материала получаются намного мельче, чем в обычной бумаге — разница достигает 3 порядков, так что авторы с полным правом назвали его «нанобумагой».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Эта «нанобумага» обладает поразительными свойствами. Испытав на разрыв полоски ее размерами 40х5х0,5 мм, ученые показали, что предел прочности такого материала составляет 214 МПа, то есть выше, чем у чугуна (130 МПа) и приближается к стали (250 МПа).

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Секрет такой прочности — не только в прочности неповрежденных волокон целлюлозы, но и в том способе, которым они образуют сеть. Несмотря на то, что каждое волокно крепко связано с соседями, оно держится на своем месте достаточно подвижно и способно смещаться относительно других волокон. Это дает материалу прекрасные способности «снимать напряжение» противодействуя разрывам.

О том, как производят сегодня обычную бумагу читайте: «Терпеливый материал».