纳米技术为各行各业带来了新的机遇。

在纳米领域,单位大小是以百万分之一毫米至千分之一毫米来计算的。纳米技术主要用于科学研究以及处理只有分子大小的物质。

人类已将纳米技术应用到了许多领域,例如电子、涂层以及化妆品。

如今,林业领域也开始逐渐关注纳米技术。

纳米技术可以使纤维素材料变得更耐用、更轻、更环保、更经济。性能更加出众的纤维素材料用途也更加广泛,可应用于汽车、航空和医疗等领域的先进电子仪器中。

这一技术的基本原理,是将木质纤维分解成最基本的成分,再重组成新的材料。

Lars Berglund教授是斯德哥尔摩瑞典皇家理工学院(KTH)纳米纤维素技术研究所的负责人。他同时还是哥德堡市瓦伦堡木材科学中心(WWSC)的主管,该中心是KTH与瑞典查尔姆斯理工大学的联合研究中心,主要负责林业资源潜力的挖掘与开发。

分解纤维素纤维

「纳米纤维素由只有10纳米厚的原纤维构成。如果原纤维的长度超过了其厚度的100倍,所呈现出的性能可被各种领域所利用。」Berglund教授说。

「例如生物复合材料、增强材料以及食品产业的粘度剂等。纳米纤维素是可生物降解的,而且抗湿性能比普通的木材细胞壁更强。」

「将这种纤维素压缩后能制成透明的薄膜,可作为防潮材料用于包装。原纤维还可以混合成纸浆,用于造纸,它会将造纸纤维系在一起,使纸张更加结实。」

如何获得原纤维?

纤维素纤维是木材的主要成分之一,其本身由单个的微原纤构成。打开纤维的细胞壁即可获得原纤维。

要想获得原纤维,需将机械与化学预处理相结合,通过机械均化作用完成。这是一个能耗较大的过程。

作为一个非营利性基金会,Innventia长期从事纳米纤维素应用领域的研究与拓展。最近,他们启动了全球首个大规模纳米纤维素试生产项目。

「我们的工作重点是研发出一套节能型工艺。目前我们的工艺已经能够节省98%的能源了。」Innventia基金会纳米纤维素材料研究负责人Mikael Ankerfors说。

「各个预处理阶段现在都可以减少能耗了。预处理是为了减弱纤维的强度,让它们更容易分解为原纤维。过去,我们一天只能在实验室里生产一公斤纳米纤维素。现在,我们每天可以通过试生产项目获得一吨纳米纤维素。」

带磁性的纳米纸

2011年,WWSC的科学家们公布称,他们在超强的纳米纸中发现了带有磁性的纳米微粒。新纳米纸不仅质量非常轻,还非常牢固和柔韧,可应用于防伪和过滤金属颗粒。

「带磁性的纳米纸易生产,性能独特,潜力巨大。」Berglund教授在瑞典皇家理工学院介绍到,「带磁性的纳米纸可用于文件防伪,还应用于人体器官移植、小型电动机、传感器技术等领域。与其它磁性材料相比,磁性纳米纸的可塑性更强。磁性纳米纸的特殊性能,让其在林业领域拥有广阔的应用前景。」

纳米纸中的纳米原纤维是从纤维素中获得的,非常牢固和柔韧。在纳米纸生产过程中,最先生产出来的是一种孔非常多的「气凝胶」,它的原纤维含量只有2%。这种凝胶的其余部分都是气孔。将这种多孔的凝胶浸入盐水中就能制造出磁性粒子。这些粒子直径大约为40纳米,是一种钴和氧化铁的混合物,能够和纤维素紧密结合在一起。

纳米纸的性能可以从几个方面来控制,例如调整磁性粒子的总量。这种多孔的纸张还可以压缩,以达到所需的强度和韧度。

本文发布于2012年3月