比铁还硬：高强度纳米纸张研制成功等
作者：jnscsh 时间：2021-07-30 08:54:22 浏览次数：次
比铁还硬：高强度纳米纸张研制成功
以后要捅破一个纸袋可没那么容易了。近日，瑞士科学家研制成功一种比铸铁还要硬许多的新型纸张。瑞士斯德哥尔摩瑞士皇家理工学院的拉斯·伯格伦德表示，人们可以利用这种新型纸加固传统纸张，生产超强粘带或制造生物组织的合成代替品。
这种“纳米纸”是利用在传统纸张中发现的生物材料——纤维素制成的。这种长长的糖分子是植物细胞壁的一种最主要成分，也是地球上最普遍的有机化合物。木材一般是由大约一半纤维素和其他结构化合物混合而成。
在植物细胞壁中，单个纤维素分子彼此固定在一起，形成直径大约是20纳米的纤维，这种纤维比人类发丝细5000倍。这些纤维形成强韧的网，为细胞壁提供支撑结构。伯格伦德说：“纤维素纳米纤维是所有植物结构的主要支撑物，它的特点是，大小以纳米计算，具有高强度和强大韧性。”
纤维素是从造纸的木材里提取出来的，但造纸木材被施加的机械过程和这个过程对纸张中的单个纤维素纤维造成的损坏，都大大降低了纸张的韧性。因此伯格伦德和同事们研发了一种能保护纤维韧性的更加温和的加工过程。
这种新方法包括，利用酶分解木质纸浆，然后借助一个机械搅拌器将它分段。产生的切变应力导致纤维素分解成组成纤维。结果是，未受损的纤维素纤维浮在水中。将水排干后，伯格伦德发现，这些纤维通过氢键结合在一起构成网状，形成平滑的“纳米纸”。机械测试显示，这种纸具有214兆帕的抗张强度，比铸铁(130兆帕)还强韧，几乎跟建筑所用钢铁(250兆帕)的强度一样。常规纸张的抗张强度不超过1兆帕。该测试使用的纸张是40毫米长，5毫米宽，大约50微米厚。
“麦克米兰极限”首次被突破
中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室和物理系陈仙辉教授的实验组，在相关结构的氟掺杂的钐氧铁砷化合物中发现了超导电性，该研究论文发表在日前国际权威学术期刊《自然》上。这一发现属国际上最先报告。
陈仙辉小组通过电阻率和磁化率测量表明，该体系的超导临界温度已达到了43开尔文(零下230.15摄氏度)。该材料为除铜氧化物高温超导体之外第一个临界温度超过40开尔文的非铜氧化物超导体，突破了“麦克米兰极限”(麦克米兰曾经断定，传统超导临界温度最高只能达到39开)。而高于40开尔文的临界转变温度，也有力地说明了该体系是一个非传统的高温超导体。随后，陈仙辉的实验组还发现该体系最高临界转变温度达到54开尔文(零下219.15摄氏度)。
1986年，IBM研究实验室的物理学家柏诺兹和缪勒发现了临界温度为35开尔文(零下238.15摄氏度)的镧钡铜氧超导体。这一突破性发现导致了一系列铜氧化物高温超导体的发现。柏诺兹和缪勒荣获1987年度诺贝尔物理学奖。自那以后，铜基高温超导电性及其机理成为凝聚态物理的研究热点。
继陈仙辉小组之后，中国科学院物理研究所王楠林小组独立地报道了氟掺杂的铈氧铁砷化合物在41开尔文(零下232.15摄氏度)表现超导电性。该所赵忠贤领导的科研小组将该类铁砷化合物的超导I临界温度提升至55开尔文。
对中国几个研究小组的重要发现，美国著名杂志《科学》发表评述文章，称“铁基超导材料将中国物理学家推向前沿”。