紙能包住火，還能抗電擊！湖南大學材料科學與工程學院王建鋒教授近日開發出一種高端的雲母基納米紙材料，讓一張薄紙片，可以抗超強電擊，可以耐高溫，能廣泛應用於高壓絕緣領域，有望打破國內高端絕緣材料嚴重依賴國外進口的局面。
絕緣材料被廣泛應用於生產生活中。無論是風扇、電視機，還是飛機、高鐵，都需要電絕緣組件。然而隨著電動機、變壓器等電力設備向著大功率、小體積快速發展，對雲母紙、芳綸紙這種常用的電絕緣組件的耐高電壓擊穿能力、耐熱性等性能提出了日益苛刻的要求。目前，國內高端的雲母基絕緣材料嚴重依賴於國外進口。而王建鋒教授研製出的高端納米紙，或將打破這一局面。
這一「紙上功夫」，是受自然界中貝殼的啟發。「你看鮑魚殼，很硬，摔在地上也不容易碎，這是什麼原因？」王建鋒教授解釋，貝殼中包含大量碳酸鈣片和少量天然高分子納米纖維等有機物，具有高拉伸強度和高韌性，主要原因是其具有像房屋磚泥牆壁一樣的層狀複合結構。貝殼中碳酸鈣就像砌牆用的牆磚，高分子納米纖維就像水泥，鋪一層磚後再鋪一層水泥，層層鋪疊，形成層狀複合結構，使得貝殼在彈性變形後能夠屈服並產生塑性變形，從而達到高拉伸強度和高韌性。
受此啟發，王建鋒教授以芳綸微米纖維和雲母為原材料，將原本頭髮絲大小的芳綸微米纖維和雲母剝離分散成納米纖維和納米片，再通過溶膠—凝膠—薄膜轉換技術複合，大面積製備出雲母基納米紙，實現了超大的應變和超高的韌性，並可抵抗超強電壓而不被擊穿，可耐高溫。其斷裂應變能力是目前文獻報導的所有仿貝殼薄膜材料的4-240倍，其韌性是目前文獻報導的所有仿貝殼薄膜材料的6-220倍，高電擊穿強度每毫米達164 KV，熱分解溫度達565℃，性能大大超過了國外的各種雲母基絕緣材料。相較於目前最受歡迎的美國杜邦公司生產的雲母/芳綸微米紙，在耐熱性相當的情況下，其強度是前者的5倍，斷裂應變是前者的45倍，耐電擊穿強度是前者的的5.5倍。
為使得這種雲母基納米紙材料工業化生產成為可能，王建鋒教授還自行設計加工了一套裝置，可連續化製備出雲母基納米帶。該裝置主要由注射系統、口模、水槽和傳送帶組成，使得溶膠—凝膠—薄膜轉換技術可廣泛應用於工業生產。
目前，王建鋒教授這項「造紙術」已申請發明專利。相關研究成果發表在國際納米材料領域權威期刊《ACS Nano》。
通訊員李妍蓉 記者李柯夫
【來源：瀟湘晨報】
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