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纳米纸是基于滤纸和二氧化钛薄膜制作出一种新型纸张，通过前体物溶液浸润再水解的方式，可以让二氧化钛薄膜包裹在滤纸的纳米纤维上，之后再用含有其他化学分子的溶液继续浸润纳米纸，就能制造出不同用途的新材料。这种材料能继续与多种化学分子结合并展现不同特性，实现材料应用上的“百搭”。在纳米纸的纳米纤维外层包裹不同的物质后，可以实现不同的功能，例如，防水防菌、检测食品是否安全等。01纳米纸的发现年，诺贝尔奖获得者RichardSmalley首次合成了碳纳米纸——buckypaper（巴基纸）。此后，比表面积远大于碳纤维纸，有着良好的导电导热性、透气透液性和化学稳定性的碳纳米纸，逐渐走入了人们的视野。年美国佛罗里达州立大学的科研人员开发出一种看上去像复写纸的碳纳米纸，比重仅为钢的1/10，但强度达到了钢的倍。这种碳纳米纸用碳纳米管制成，也属于buckypaper。因为质量轻强度高，以及其他优良特性，成形的碳纳米纸甫一问世，美国等发达国家就将其应用于军事、航天等领域，而它在国外的商业化发展也已经初具规模。年浙江大学的科学家用滤纸和二氧化钛薄膜制作出一种新型“纳米纸”，这种材料能继续与多种化学分子结合并展现不同特性，实现材料应用上的“百搭”。“通过前体物溶液浸润再水解的方式，可以让二氧化钛薄膜包裹在滤纸的纳米纤维上，之后再用含有其他化学分子的溶液继续浸润纳米纸，就能制造出不同用途的新材料。”浙江大学化学系教授黄建国介绍，肉眼看来，纳米纸的外观与普通滤纸没有差别，但功能却有了极大差异。黄建国说：“滤纸由无数的纤维素纤维组成，自然形成的精细结构非人力所及，而二氧化钛水解后产生的羟基具有足够的化学活性，能够和绝大多数的分子相结合，这两个材料的特性共同决定了纳米纸‘万金油’的特点。”黄建国在纳米纸纤维上“铺”了一层名为“萘胺”的染料，让纳米纸变身为一遇亚硝酸盐就变色的检测试纸。“这种纳米纸轻薄灵敏，色彩的浓淡则表明了亚硝酸盐浓度的高低，对于检测食品中的亚硝酸盐浓度非常有效。”这项研究于当年2月在线发表于英国《皇家化学学会进展》期刊。他介绍，纳米纸还可用于检测水体中汞离子、氟离子的含量，甚至用于检测DNA的特定序列段。02纳米纸的性能热稳定性纳米纸的分解温度和热膨胀系数是评估纳米纸热稳定性的重要参数。图例：纳米纸，PET，RCF的热稳定性纳米纤维素的处理工艺对纳米纸的分解温度有一定的影响。通过碱处理NFC制备的纳米纸的热解温度（.5℃）略低于天然纤维素（℃）。TEMPO氧化预处理的NFC制得的纳米纸。TEMPO氧化预处理的NFC制得的纳米纸的温度为℃。[18]，这主要是因为纤维素葡萄糖单元碳六位上限值的约会，因此通过降低一部分的含量可提高纳米纸的热稳定性。力学性能纳米纸的力学性能主要是指杨氏模量和抗张强度。图例：纳米纸，PET，RCF的基本性能参数单根纤维素纳米纤维的抗张强度可达到7.57.7MPa由表1可以切割，纳米纸的弹性模量和最大负载压力由多根纳米纤维交错分布形成多孔层状的网络结构，赋予了纳米纸超强的固有和较高的强度。高温聚酯膜和再生纤维素膜，且可再生性较高，但是其制作成本也较高。光学性能纳米纸具有极高的透明度,可以达90%以上。图例：采用不同直径纤维制备的纳米纸传统纸张中纤维直径大都集中在μm，不规则的纤维分布增加了纸张表面的光散射效应，通过纤维直径细分到纳米级时，纸基材料内部对光的散射效应随之衰减，形成透明可见的特性。相同厚度下，由直径为50nm和10nm的纳米纤维制备的纳米纸透射率达到92％93％，均高于同等厚度的玻璃板的透射性。这主要是因为纳米级的纤维本身对光的散射能力较弱。同时，随着紧度的提高，纸张内部的附加率下降，减少了纤维表面与空气接触处的光散射，提高了纸张的透光率[28，29]。尽管这两个直径的纳米纸的光学透射比非常相似，但其中两个雾度相差透射，前者的雾度为49％，仅只有20％。03纳米纸的应用纸张粗糙多孔的表面结构和化学不耐受性限制了其在电子领域的发展。随着纳米技术和印刷电子的迅猛发展,改良后的纸张因具有高透明度、优异的机械性能和表面性能再次吸引了众多研究者的目光,已经作为一种重要的基底材料和功能材料被广泛用于低成本、可折叠及可丢弃的柔性电子器件。图例：纳米纸光电器件场效应晶体管纳米纸基晶体管的性能有望媲美传统玻璃和高分子基晶体管器件,从而大幅拓宽纸基晶体管的应用范畴。日本Fujisaki等报道了一种在玻璃托载的纳米纸上构建的OTFT。通过溶液法印刷工艺构建各层,结构示意如图(a)所示。器件以含氟聚合物为栅极介电层,以可溶性小分子为有机半导体层,其迁移率为1cm2·V-1·s-1,该器件几乎没有迟滞现象,很容易从承载的玻璃上剥离下来。能源器件太阳能电池是一种新型清洁能源器件。近年来,基于纸基底的柔性太阳能器件被陆续开发。麻省理工学院的研究人员通过原位遮蔽和化学气相沉积法在透明描图纸上制备了全干式光伏电池阵列,如(b）所示。虽然其能量转换效率(PCE)不到1.5%,但是其使用寿命却超过了h[54]。Hugo等[55]在釉面纸上涂布亲水性介孔材料将纸粗糙度降到10nm以下,再印刷a-Si:H光伏电池,电池效率3.42%。发光器件韩国蔚山大学的Jin等用甲壳素纳米纤维制备出5×25.4mm大小的透明纸,纸张透过率为92%,弹性模量为4.3GPa,CTE为1.7×10-5K-1。利用表面涂覆薄层PMMA平坦化层后制备的OLED器件开压为2.5V,亮度达cd·m-2,性能与PEN衬底的器件相当。相较于其他纸质基材,透明纳米纸展现出了更高的机械强度,更轻的质量以及更优异的热稳定性,是一种用于构建透明和柔性OLED的优异基材。粗糙度对于透明纳米纸而言已经不是障碍。保鲜瓦楞纸现有保鲜技术和工艺十分复杂，且保鲜包装效果不佳，在包装操作和贮运过程中相对成本较高。采用纳米技术后，这些问题将迎刃而解。纳米纸在瓦楞纸箱中的作用，主要是利用纳米纸抗菌保鲜以及疏水等其他一些特殊性质，以增加瓦楞纸箱在包装中抗菌保鲜的功能和提高纸箱的印刷适性。04纳米纸的最新发现年湖南大学材料科学与工程学院教授王建锋近日研发出一种高端的云母基纳米纸材料。图例：采用溶胶-凝胶-薄膜转换技术制备大面积云母基纳米纸的过程示意图王建锋教授以芳纶微米纤维和云母为原材料，制备出云母基纳米纸。其断裂应变能力是目前文献报道的所有仿贝壳薄膜材料的4倍至倍，其韧性是目前文献报道的所有仿贝壳薄膜材料的6倍至倍，高电击穿强度每毫米达KV，热分解温度达℃，性能大大超过了国外的各种云母基绝缘材料。图例：湖南大学材料科学与工程学院教授王建锋“造纸术”相关研究成果论文发表的网络页面（网络截图）目前，王建锋教授这项“造纸术”已申请发明专利。相关研究成果发表在国际纳米材料领域权威期刊《美国化学学会·纳米》上。作为纸家族的新成员,纳米纸具有优异的光学性能和阻隔性能,高的机械强度和热稳定性,良好的印刷适应性。它的发展让纸这种历史悠久的传统材料正以新的姿态焕发出勃勃生机。

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