受宣纸启发的二维铺展现象

宣纸是一种源于1500年前的中国传统纸张。制备过程需要140步,制备周期长达两年,广泛用于中国传统书法或绘画。中国科学院化学研究所田野研究员研究了宣纸的平面二维优先铺展现象,即水会在宣纸上快速横向铺展,而很少会渗透到纸的背面。经过试验发现,150微升的水能在宣纸表面铺展而无任何渗透。其独特的铺展性能归功于其独特的层状微孔、纳米孔复合结构。

当水与宣纸接触时,水会首先被吸入微米孔内,造成铺展过程的突然加速,接着,未浸润的纳米孔开始吸收液体,造成液体铺展的再次加速。随着上层结构中液体的积累,液体逐渐靠近下层宣纸纤维结构,之后在上下层宣纸纤维之间形成液桥。但在下层纤维表面铺展作用的作用下,液桥逐渐变弱直至断裂,导致在纤维表面的横向二维铺展仍占据优势,并形成对液体纵向渗透的阻碍。

进一步,他们通过静电纺丝法制备了类似于宣纸结构的醋酸纤维素膜,经过水解过程,获得与宣纸表面微纳米结构及化学组成相似的纤维素纸张。经过表明,研究人员制造的人造纸张能够实现175微升水的快速铺展而无渗透,比宣纸具有更好的铺展性能。该工作为防渗透、防污、防水透气材料提供了新的研究思路。相关文章在线发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201800832)上。

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