Что делает бумагу прочной?
Благодаря мощным микроскопам ученые выяснили, что же именно скрепляет волокна бумаги и делает этот материал таким крепким. Видимо, главную роль играют крошечные целлюлозные нити – так называемые мосты волоконцев.
Какие молекулярные связи важнее всего в соединении всей плотной сети целлюлозных волокон, которую и представляет собой бумага? Верный ответ на этот вопрос позволит сделать ее прочнее, сообщает Los Angeles Times. Среди кандидатов на первое место: силы притяжения между заряженными атомами целлюлозы и адгезионные силы (силы прилипания) между целлюлозой и жидкостями.
Чтобы выяснить этот вопрос, группа материаловедов из Леобенского университета (Австрия) сравнила неочищенную бумажную массу (целлюлозное сырье) с очищенной – и потом пропущенной сквозь систему вращающихся лопастей (таким образом получается более плотная бумага). В неочищенной массе внешние стенки волокон целлюлозы остаются мягкими, что затрудняет их сцепление. После очищения внешние стенки вскрываются, волокна становятся более «лохматыми», и прикрепляться друг к другу им становится легче.
Кантилевером, закрепленным на высокомощном атомно-силовом микроскопе, ученые тянули за целлюлозные нити, пока те не рвались. Весь процесс снимался на фото.
На точках разрыва свисало множество оборванных волоконцев – то есть, именно они скрепляют отдельные волокна целлюлозы, образуя т.н. связи механического зацепления. В образцах очищенной бумажной массы таких связующих нитей было еще больше. Если разрывать частички бумаги, то волоконца рвутся не сразу, а по-одному.
Таким образом, бумага рвется на наноуровне. Чтобы повысить ее прочность, производители могли бы специально увеличивать количество волоконных мостиков, предлагает Кристиан Тайхерт (Christian Teichert), один из авторов исследования.
Ученые представили свои выводы в журнале Scientific Reports.
Артём Космарский nauka21vek.ru