新材料改变我们的生活
现在的汽车外壳都是钢铁造的,不久的将来,它们将被一种更坚韧、更轻便、更便宜的材料所取代。这种材料并非“天外来客”,而来自我们身边普普通通的树木和青草。
现在由于塑料的广泛使用,白色污染已经泛滥成灾,因为塑料在自然界并不容易分解。不久的将来,它将被一种更环保、更易分解的材料所取代,这种材料也来自我们身边的树木和青草。
前段时间,报纸上揭露某些不法商人为了降低成本,不惜拿有毒的工业明胶羼入药用明胶中,制成胶囊,让我们人人自危,心惊肉跳。不久的将来,明胶将被一种更清洁、更便宜的凝胶所取代,这种材料同样取自我们身边的树木和青草。
上面所说的,其实是同一种材料。此外,它还将用于化妆品、食品、服装,以及用于制造更柔韧的电脑显示屏、更轻便的防弹衣和防弹玻璃、香烟的过滤嘴、扬声器上的振动膜等等。不难看出,随着这种新材料的出现,一场对我们的生活产生深远影响的革命已经悄悄来临。
这场革命的主角是一种叫纳米纤维素的东西。
相对简单的制造过程
纳米纤维素是一种由纳米尺寸的纤维素晶体颗粒组成的物质。这些纤维素晶体一般来说是棒状的长方体,其横截面的边长一般在5纳米~20纳米之间,而纵向长度则在几十个纳米到几个微米之间。
原则上来说,任何含有纤维素的原料都可以用来制造这种新材料。但显然,我们身边含纤维素最丰富的材料莫过于树木和青草,所以木浆是最主要的原料。制造这些木浆并非一定要用整根的木头,即使小树枝、小灌木乃至木屑都可以,所以它具有变废为宝的本领。
要制造纳米纤维素,先要对木头进行去皮处理,然后把木头在高压搅拌机下碾碎成浆。我们知道,植物含有丰富的纤维素,譬如运输水分的纤维管主要就是由纤维素组成的。在搅拌的过程中,植物纤维管细胞的细胞壁破裂,里面所含的纳米尺寸的纤维素就被释放了出来。再用硫酸或者盐酸对木浆进行水解,浓缩后就会析出纳米纤维素棒状晶体小颗粒。这些晶体小颗粒坚硬、致密,能够加工成各种形状和尺寸。由它组成的材料具有轻便、绝缘和坚韧的优点。据测试,纳米纤维素材料的坚韧性是不锈钢的8倍。
此外,纳米纤维素对人畜是无毒的,所以它将在食品、医药上大有用场。又因为它在自然界容易分解,所以可以取代目前广泛使用的塑料。
便宜有好货
想必你也已经猜到了,纳米纤维素有一个别的材料无法企及的优点,那就是便宜。首先,它的原料——树木和青草——在我们身边到处都有,几乎取之不尽。其次,它的加工也并不复杂。近年来发现的一些新材料,如碳纳米管等,在柔韧和轻盈方面或许超过纳米纤维素,但这些材料目前都非常昂贵,远远没到进入普通人生活的阶段。而纳米纤维素却非常便宜,虽然目前世界上只有美国、加拿大等少数国家已经开始投入大规模生产,但预计几年之后市场价格只需几美元一千克。怪不得有人说,纳米纤维素是“廉价版”的碳纳米管。
你或许心存疑问:既然这种材料如此普通,制造起来也相对简单,为什么我们至今才发现呢?其实就发现而言,是早就发现了。但对其性质的研究却需要借助扫描显微技术,而这项技术的出现,还是近年来的事情。所以这么好的材料就一直“养在深闺人未识”。
一个新兴、庞大的产业正在形成。预计到2020年,世界各国纳米纤维素产业的年产值在6千亿美元以上。