Traditioneel Xuan-papier inspireert ontwikkeling van nieuwe transparante film met hoge waas

Xuan-papier, bekend als een van de vier schatten van de studie, is een belangrijke drager voor traditionele Chinese kalligrafie en schilderkunst, en het is ook een kostbaar cultureel erfgoed van de Chinese natie. Het heeft een geschiedenis van meer dan 1500 jaar en het vakmanschap van Xuan-papier wordt ook vermeld als onderdeel van het immaterieel cultureel erfgoed van de wereld. Xuan-papier heeft de voordelen zacht en taai te zijn, niet beschadigd na buigen, glad maar niet glad, gemakkelijk water en inkt te absorberen, corrosiewerend en anti-mot.

In een recent artikel gepubliceerd in ACS Materials Letters, heeft een team onder leiding van Prof. Yu Shuhong van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen het microscopische mechanisme van de hoge sterkte en hoge taaiheid ontdekt door gedetailleerde karakterisering van traditioneel Xuan-papier. Het team ontdekte voor het eerst dat er een groot aantal nanovezels en microvezels in het Xuan-papier verweven zijn, waardoor een micro-nano multischaal driedimensionaal netwerk wordt gevormd. Het is deze bionische meerschalige structuur die het Xuan-papier een hoge sterkte en hoge flexibiliteit geeft.

Het team ontdekte dat de meerschalige structuur van traditioneel Xuan-papier precies hetzelfde was als de meerschalige structuur van veel biologische structurele materialen. Dankzij multischaalstructuren kunnen biologische structurele materialen de beperkingen van de structurele basisblokken doorbreken, terwijl uitstekende eigenschappen worden bereikt zoals hoge sterkte en hoge taaiheid.

Geïnspireerd door de meerschalige structuur van Xuan-papier, hebben onderzoekers een hoogwaardige, high-waze transparante film gemaakt door cellulose-microvezels en cellulose-nanovezels samen te voegen tot een meerschalige structuur. Deze multischaalstructuur gaf de film een ​​hoge sterkte, hoge taaiheid, hoge lichttransmissie en hoge waas, uitstekende flexibiliteit en vouwbaarheid en andere uitstekende uitgebreide eigenschappen, en kon in massa geproduceerd worden via het Roll-to-Roll-proces.

De micro-nano-composietstructuur van de film zou de spanning in een breder driedimensionaal netwerk met meerdere schalen kunnen verspreiden via het waterstofbrugnetwerk met hoge dichtheid, waardoor stressconcentratie werd vermeden en tegelijkertijd een hoge sterkte en hoge flexibiliteit werd bereikt. Bovendien vormde de folie na volledig vouwen geen destructieve vouwen en kon na oprollen in zijn oorspronkelijke vorm worden hersteld. De multischaalfilm had ook een uitstekende thermische stabiliteit. Vergeleken met de veelgebruikte niet-duurzame plastic folie op petroleumbasis, vertoonde de biologisch afbreekbare multiscale cellulosefilm geen duidelijke verandering bij een hoge temperatuur van 250 °C, terwijl de veelgebruikte petrochemische plasticfolie bij deze temperatuur volledig zacht werd en vervormd.

Vanwege deze uitstekende eigenschappen maken deze voordelen van de multischaalfilm het een ideaal filmmateriaal voor toepassingen in optische precisieapparaten en flexibele elektronische apparaten. De onderzoekers gebruikten de multiscale film als substraat om een ​​Near Field Communication (NFC) circuit te fabriceren. De met het NFC-circuit geïntegreerde film vertoonde niet alleen een hoge transparantie en hoge waas, maar had ook een uitstekende flexibiliteit. Zelfs als de film ernstig verbogen was, kon de informatie die in de film was geschreven nog steeds snel en nauwkeurig worden gelezen door de smartphone.