中國教育報—中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 陽錫葉 通訊員 李妍蓉）紙能包住火，還能抗電擊！湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授王建鋒近日開發(fā)出一種高端的云母基納米紙材料，讓一張薄紙片，可以抗超強(qiáng)電擊，可以耐高溫，能廣泛應(yīng)用于高壓絕緣領(lǐng)域，有望打破國內(nèi)高端絕緣材料嚴(yán)重依賴國外進(jìn)口的局面。

絕緣材料被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。無論是風(fēng)扇、電視機(jī)，還是飛機(jī)、高鐵，都需要電絕緣組件。然而隨著電動機(jī)、變壓器等電力設(shè)備向著大功率、小體積快速發(fā)展，對云母紙、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(nèi)高端的云母基絕緣材料嚴(yán)重依賴于國外進(jìn)口，而王建鋒教授研制出的高端納米紙，或?qū)⒋蚱七@一局面。

這一“紙上功夫”，是受自然界中貝殼的啟發(fā)?！澳憧歹U魚殼，很硬，摔在地上也不容易碎，這是什么原因？”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(jī)物，具有高拉伸強(qiáng)度和高韌性，主要原因是其具有像房屋磚泥墻壁一樣的層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)。貝殼中碳酸鈣就像砌墻用的墻磚，高分子納米纖維就像水泥，鋪一層磚后再鋪一層水泥，層層鋪疊，形成層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，使得貝殼在彈性變形后能夠屈服并產(chǎn)生塑性變形，從而達(dá)到高拉伸強(qiáng)度和高韌性。

受此啟發(fā)，王建鋒教授以芳綸微米纖維和云母為原材料，將原本頭發(fā)絲大小的芳綸微米纖維和云母剝離分散成納米纖維和納米片，再通過溶膠—凝膠—薄膜轉(zhuǎn)換技術(shù)復(fù)合，大面積制備出云母基納米紙，實現(xiàn)了超大的應(yīng)變和超高的韌性，并可抵抗超強(qiáng)電壓而不被擊穿，可耐高溫。其斷裂應(yīng)變能力是目前文獻(xiàn)報道的所有仿貝殼薄膜材料的4-240倍，其韌性是目前文獻(xiàn)報道的所有仿貝殼薄膜材料的6-220倍，高電擊穿強(qiáng)度每毫米達(dá)164 KV，熱分解溫度達(dá)565℃，性能大大超過了國外的各種云母基絕緣材料。相較于目前最受歡迎的美國杜邦公司生產(chǎn)的云母/芳綸微米紙，在耐熱性相當(dāng)?shù)那闆r下，其強(qiáng)度是前者的5倍，斷裂應(yīng)變是前者的45倍，耐電擊穿強(qiáng)度是前者的的5.5倍。

為使得這種云母基納米紙材料工業(yè)化生產(chǎn)成為可能，王建鋒教授還自行設(shè)計加工了一套裝置，可連續(xù)化制備出云母基納米帶。該裝置主要由注射系統(tǒng)、口模、水槽和傳送帶組成，使得溶膠—凝膠—薄膜轉(zhuǎn)換技術(shù)可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

目前，王建鋒教授這項“造紙術(shù)”已申請發(fā)明專利。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際納米材料領(lǐng)域權(quán)威期刊《ACS Nano》。