Новая бумага оказалась прочнее чугуна

Группе учёных из Швеции и Японии удалось получить листы бумаги, превосходящие по прочности чугун и приближающиеся по этому параметру к стали. Один из авторов работы — Ларс Берглунд (Lars Berglund) из Королевского технологического института (Kungliga Tekniska Högskolan) — утверждает, что новинку можно будет использовать, к примеру, для создания сверхпрочной клейкой ленты или синтетических заменителей биологических тканей.

В отличие от давешней сверхпрочной бумаги из титанового нановолокна или "электробумаги" с нанотрубками новинка по сути — самая обычная бумага, состоящая из той же самой целлюлозы. Весь секрет — в параметрах волокон и их расположении.

Помните, во Франции как-то построили бумажный мост? Но в нём применялся картон с очень солидной толщиной стенок. С новой бумагой их толщину можно было бы смело уменьшить в десятки раз.

Учёные отмечают, что естественные волокна целлюлозы, пока они находятся внутри дерева, — очень прочны. Беда в том, что при традиционных методах производства бумаги волокна эти разрушаются, теряя свои замечательные механические свойства.

Новатором же удалось придумать метод изготовления бумаги, при котором исходные биополимерные цепочки переносятся в толщу листа с минимальными повреждениями.

Для этого пришлось подобрать набор ферментов (для предварительного разложения древесины), а также — придумать способ механической обработки, нежно отделяющий нужные волокна. Последние сначала плавают в воде, а после выжимания листа сплетаются в сеть, прочно фиксируемую водородными связями.

Испытания образца новой бумаги длиной 40 миллиметров, шириной 5 миллиметров и толщиной 50 микрометров показали, что его прочность на разрыв составляет 214 мегапаскалей, что выше, чем у чугуна (130 мегапаскалей) и немногим хуже, чем у конструкционной стали (250 мегапаскалей). Обычная бумага имеет прочность на разрыв менее 1 мегапаскаля.

Авторы технологии отмечают, что секрет этой бумаги основан на следующих деталях: как мы уже говорили, это перенос естественных волокон целлюлозы в лист почти без привнесения дефектов; далее — толщина волокон — в новинке она составляет порядка 20 нанометров, что в тысячу раз меньше, чем волокна, из которых состоит обычная бумага (а по отношению к своему диаметру тонкие нити держат намного большее разрывное усилие, нежели толстые); наконец, сама сеть даёт волокнам немного сдвигаться друг относительно друга, что "рассеивает" напряжения.

Подробности работы изложены в статье в журнале Biomacromolecules.