Команда ученых из Шведского королевского технологического института в Стокгольме во главе с Ларсом Берглундом разработала новый вид бумаги, который прочнее чугуна. Несмотря на высокую прочность новая «нанобумага» изготавливается из того же биологического материала, что и обычная бумага, то есть из целлюлозы.

Дело в том, что 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. Целлюлозу, получаемую из древесины, пускают на производство бумаги и целлофана, а с недавних пор начали применять и для создания новых пластиковых материалов. Однако во всех этих случаях целлюлоза используется только как дешевый наполнитель, а ее механические свойства игнорируются. Впрочем, методы обработки древесины и переработки ее в бумагу значительно снижают прочность целлюлозы. Поэтому Берглунд и его коллеги разработали более щадящую технологию, которая сберегает прочность волокон.

Новая методика предусматривает расщепление древесной массы с помощью ферментов и последующее ее фрагментирование с помощью механической «колотушки». В результате древесина расщепляется, и получается смесь из воды и неповрежденных целлюлозных волокон. Слив воду, Берглунд обнаружил, что волокна соединены между собой в сеть с помощью водородных связей и образуют тонкие листы «нанобумаги». Механические испытания показали, что предел прочности этих листов на разрыв составляет 214 мегапаскалей. Для сравнения, прочность на разрыв чугуна равна 130 мегапаскалям, у конструкционной стали этот показатель достигает 250 мегапаскалей, а у обычной бумаги — 1 мегапаскаль. При тестировании ученые использовали полоски «нанобумаги» длиной 40 мм, шириной 5 мм и толщиной 50 микрометров.

Секрет удивительных свойств «нанобумаги» кроется не только в прочности неповрежденных волокон целлюлозы, но и в том, каким образом эти волокна сгруппированы в сети — несмотря на крепкую связь, они могут сдвигаться относительно друг друга. Разработчики предполагают, что новую бумагу можно будет использовать для укрепления обычной бумаги, для производства особо прочной клейкой ленты или же для создания прочных синтетических заменителей биологических тканей.

Известия