大家知道，紙是中國古代四大發明之一，紙的發明結束了古代簡牘繁復的歷史，極大地促進了人類文化、文明和科技的傳播與發展。即使是在當今科技高速發展的電子信息時代，紙仍然是人們日常工作和生活離不開的多用途產品。

　　

　　中國古代四大發明之一：造紙術

　　據記載，東漢時期（公元105年），蔡倫在總結前人經驗的基礎上改進了造紙術，他使用樹皮等來源廣泛的原料，造出了質量更高、更適合書寫的紙（蔡侯紙），為以后紙的推廣使用做出了重要貢獻。紙的發明為中國和世界帶來了書寫材料的革命，為人類的文明進步開創了輝煌的篇章。2007年，美國《時代》周刊公布的有史以來最佳發明家，中國的蔡倫榜上有名。在美國人麥克·哈特的《影響人類歷史進程的100名人排行榜》中，蔡倫入選并排名第7，哈特評價說：“紙的發明，使中國文化得到迅速發展”。傳統造紙過程很復雜，要經過多道工序，包括浸泡、蒸煮、舂搗、去膠、纖維切短、打漿、抄造成紙、干燥等。大約二千年后的今天，現代工廠已經可以自動化快速完成造紙的全部過程。然而，無論現代造紙工藝如何提高優化，始終沒有改變以樹木等植物纖維作為原料的本質。植物纖維主要成分是纖維素，是由葡萄糖組成的大分子多糖，纖維素通常與半纖維素、果膠和木質素結合在一起，這些有機物質都是易燃的，所以紙易燃怕火。此外，造紙需要消耗寶貴的樹木等自然資源，造紙過程也會造成環境污染。

　　俗話說“紙包不住火”。火就是紙的天敵，一旦遇到火災，對于記載著人類文明智慧結晶的書籍和紙質文物來說，都是滅頂之災。在人類漫長的歷史長河中，無數珍貴的紙質文物和書籍在火災中被焚毀，這也是許多世紀以來眾多紙質文物損毀消失的一個主要原因，這對人類來說無疑是無可估量的巨大損失，令人痛心惋惜。

　　那么，是否有可能尋找新的材料制造出不怕火的紙呢？這當然是長期以來人們的一個夢想，也是一個巨大的挑戰，或許是一個天方夜譚，畢竟千百年來也沒有可以書寫印刷的耐火紙被制造出來并實現大規模應用。要尋找合適的材料制造耐火紙，自然會想到采用無機非金屬材料來替代制造傳統紙的易燃有機植物纖維，因為很多無機非金屬材料都可以耐高溫、不燃燒；但是遺憾的是，這些材料一般很脆、不柔軟，所以不能用來制造柔軟的耐火紙。隨著科技日新月異的快速發展，納米科技與其它學科交叉的研究成果為許多難題的解決提供了希望的曙光。

　　在眾多的無機非金屬材料中，羥基磷灰石材料具有獨特之處。羥基磷灰石是一種天然礦物質，它是一種典型的生物材料，與我們的身體有著千絲萬縷的聯系，它是人體骨骼和牙齒的主要無機成份，人的牙釉質中羥基磷灰石的含量高達90 %以上，骨骼中羥基磷灰石的含量約為70 %。因為是人體中存在的生物材料，所以羥基磷灰石具有優良的生物相容性，并且環境友好。羥基磷灰石本身呈現優質的白色，熔點高(～1650 ℃)，耐高溫，不燃燒。但是，遺憾的是通常羥基磷灰石材料就像牙齒和骨骼一樣又硬又脆，并不適合用來制造柔軟的耐火紙。

　　

　　羥基磷灰石超長納米線的掃描電子顯微圖片(a, b)和透射電子顯微圖片(c)，從圖中可以看出納米線可以自然彎曲，表明具有良好的柔韌性; (d) 羥基磷灰石超長納米線的漿料可以形成很長的纖維(約28 毫米)，表明其可以作為耐火紙的理想原料

　　從2008年開始，中國科學院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員帶領的科研團隊一直致力于羥基磷灰石納米材料及其在生物醫學領域的應用研究。2013年，朱英杰團隊通過大量的實驗，發展了一種獨特的制備方法，人工合成出羥基磷灰石超長納米線，其直徑只有大約10納米，相當于人頭發絲粗細的大約萬分之一，其尺寸是如此之小結果是人的眼睛根本看不見，需要用高倍掃描電子顯微鏡觀察。在高倍掃描電子顯微鏡下，這些羥基磷灰石超長納米線可以自然彎曲，看上去就像又長又軟的掛面一樣，具有良好的柔韌性，這就可以解決羥基磷灰石材料的高脆性難題。有了高柔韌性的羥基磷灰石超長納米線，朱英杰提出了將羥基磷灰石超長納米線用作原料來研制新型耐火紙的創新性想法，經過多次實驗，該團隊成功地研制出新型耐火紙，使“紙能包住火”成為現實。

　　這種新型耐火紙具有高柔韌性，可以任意卷曲，呈現優質的白色，環境友好，不像傳統植物纖維紙那樣需要漂白；最神奇的是，它耐高溫，不燃燒，即使在1000℃的高溫下耐火紙仍然可以保持其完整性；該耐火紙可以書寫以及采用打印機彩色打印，有望應用于書籍和重要文件例如檔案的長久安全保存。此外，新型耐火紙還具有其它多種用途，在多個領域具有良好的應用前景。該新型耐火紙的原料羥基磷灰石超長納米線可采用普通的化工原料人工合成，不需要消耗樹木等寶貴的自然資源，新型耐火紙的整個制造過程環境友好，不會對環境造成污染，具有良好的產業化應用前景。

　　

　　羥基磷灰石超長納米線的漿料，呈現優質的白色，分散性好，是耐火紙的理想原料

　　經過幾年的科研攻關，朱英杰團隊發展了一種油酸鈣前驅體溶劑熱法，成功制備出長度可達100微米以上、最大長度接近1000微米的羥基磷灰石超長納米線，并發展了100升體積的環境友好的放大制備技術。通過優化耐火紙的配方和抄造技術，新型耐火紙的各項性能大幅提高，主要性能指標可以達到復印紙國家標準；尺寸由原來的幾厘米放大到A4尺寸（21厘米×29.7厘米）和A3尺寸（42厘米×29.7厘米），可直接應用于書寫和打印機彩色打印，并且效果良好。

　　目前，新型耐火紙的研究還處于實驗室階段，要實現更多美妙的設想還需要科學家的不懈努力。可以預期，在不久的將來，新型耐火紙或許可以從實驗室走向市場、走進檔案館和圖書館，保護那些重要書籍、文件及檔案。下一步需要進一步研究新型耐火紙的低成本量產技術，并且早日實現產業化，使各種耐火紙產品能夠進入大眾的生活中，讓普通大眾能夠用到神奇的耐火紙。

　　【版權聲明】本文由中國科學院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員原創，轉載需經原作者同意。

能包住火的神奇耐火紙

圖文簡介

羥基磷灰石是一種天然礦物質，它是一種典型的生物材料，與我們的身體有著千絲萬縷的聯系，它是人體骨骼和牙齒的主要無機成份，人的牙釉質中羥基磷灰石的含量高達90%以上，骨骼中羥基磷灰石的含量約為70%。(d)羥基磷灰石超長納米線的漿料可以形成很長的纖維(約28毫米)，表明其可以作為耐火紙的理想原料從2008年開始，中國科學院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員帶領的科研團隊一直致力于羥基磷灰石納米材料及其在生物醫學領域的應用研究。羥基磷灰石超長納米線的漿料，呈現優質的白色，分散性好，是耐火紙的理想原料經過幾年的科研攻關，朱英杰團隊發展了一種油酸鈣前驅體溶劑熱法，成功制備出長度可達100微米以上、最大長度接近1000微米的羥基磷灰石超長納米線，并發展了100升體積的環境友好的放大制備技術。