Группе ученых из Швеции удалось создать бумагу, которая прочнее чугуна, сообщает New Scientist.

Руководитель проекта — Ларс Берглунд (Lars Berglund) из Шведского королевского технологического института (Swedish Royal Institute of Technology) в Стокгольме - утверждает, что новую бумагу можно будет использовать, к примеру, для создания сверхпрочной клейкой ленты или синтетических заменителей биологических тканей.

Несмотря на высокую прочность, новая “нанобумага” изготавливается из того же биологического материала, что и обычная бумага: из целлюлозы. Эта длинная сахарная молекула является основным компонентом стенок растительных клеток и самым распространенным органическим соединением на Земле.

Прочные сети

В стенках растительной клетки отдельные молекулы целлюлозы связываются вместе и образуют волокна диаметром около 20 нанометров, что в 5000 раз тоньше человеческого волоса. Эти волокна формируют прочные сети, которые служат основанием клеточных стенок.

«Нановолокна целлюлозы – это самый прочный компонент структуры всех растений, и характеризуются они своими нанометровыми размерами, высокой прочностью и твёрдостью», - сообщил Берглунд New Scientist.

Твёрже железа

Ученые отмечают, что естественные волокна целлюлозы, пока они находятся внутри дерева, - очень прочны. Но при традиционных методах производства бумаги волокна эти разрушаются, теряя свои замечательные механические свойства. Поэтому Берглунд и его коллеги разработали более щадящую технологию, которая сохраняет прочность волокон.

Новая методика предусматривает расщепление древесной массы с помощью ферментов и последующее ее фрагментирование с помощью механической колотушки. Исходные биополимерные цепочки переносятся в толщу листа с минимальными повреждениями.

В результате древесина расщепляется, и получается смесь из воды и неповрежденных целлюлозных волокон. Слив воду, ученые обнаружили, что волокна соединены между собой в сеть с помощью водородных связей и образуют плоские листы “нанобумаги”.

Механические испытания показали, что предел прочности этих листов на разрыв составляет 214 мегапаскалей, этот выше прочности на разрыв чугуна равной 130 мегапаскалям и почти равно показателю прочности конструкционной стали - 250 мегапаскалей.

У обычной бумаги предел прочности на разрыв составляет 1 мегапаскаль. При тестировании ученые использовали полоски “нанобумаги” длиной 40 мм, шириной 5 мм и толщиной 50 микрометров.

Без дефектов

Секрет удивительных свойств “нанобумаги” не только в прочности неповрежденных волокон целлюлозы, но и в том, каким образом эти волокна сгруппированы в сети. Несмотря на крепкую связь между ними, они могут сдвигаться относительно друг друга, что “рассеивает” напряжения.

Толщина волокон обычной бумаги составляет порядка 30 микрометров в диаметре, в новой же бумаге толщина волокон в тысячу раз меньше (порядка 20 нанометров). Стоит добавить, что по отношению к своему диаметру тонкие нити держат намного большее разрывное усилие, нежели толстые.

По мотивам New ’super-paper’ is stronger than cast iron