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紙，不僅記錄了文明的變遷，也依然在今天的人類社會(huì)中占有重要的地位。按用途來說，紙可以分為包裝用紙、印刷用紙、工業(yè)用紙、辦公，文化用紙、生活用紙和特種紙等。他們之間除了肉眼可辨的外觀，在微觀層面有何不同？今天，我們將借助國儀量子的掃描電子顯微鏡，帶大家一探究竟。

01 掃描電鏡在造紙工業(yè)中的應(yīng)用

紙，由含植物纖維的原材料經(jīng)過制漿、調(diào)制、抄造、加工等工藝制成。

掃描電子顯微鏡是一種有效的顯微結(jié)構(gòu)分析工具，其優(yōu)點(diǎn)包括能夠直接觀察樣品表面結(jié)構(gòu)、樣品多角度觀察，景深大、圖像富有立體感，圖像放大范圍廣、分辨率高，對樣品污染和損傷小等。

隨著掃描電鏡技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)越的性能在造紙學(xué)科微觀領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，可應(yīng)用于研究紙張纖維形態(tài)，造紙?zhí)盍戏N類和分布情況，涂布紙涂層形貌和結(jié)構(gòu)及分析涂料配方等，能夠幫助人們更好地理解紙張結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、工藝過程以及環(huán)境保護(hù)等相關(guān)問題。

現(xiàn)在，就讓我們用國儀量子掃描電子顯微鏡來觀察幾種不同類型的“紙張”吧！

02 古籍

古籍/3kV/ETD

古籍/10kV/BESD

使用ETD探測器能夠清晰的表征古籍的微觀形貌，其構(gòu)成的植物纖維粗細(xì)不均、堆積較為緊密；結(jié)合BSE探測器可以看到其表面附著較多的顆粒狀物質(zhì)；再結(jié)合能譜EDS結(jié)果分析，紙張表面含有C、O、Al、Si、Ca、S、Cl、Mg、K、Na、Cu、Fe等元素。由此可以判斷出，該古籍樣品污染較為嚴(yán)重。

03 A4紙

A4紙/3kV/ETD

A4紙/10kV/BESD

與古籍樣品相比，該A4紙樣品的纖維直徑總體比古籍樣品更細(xì)一些，輪廓更為清晰，堆積也較為緊密。除了纖維形態(tài)，在BSE探測器下，能夠清晰的觀察到纖維結(jié)合的空隙中的填料。研究表明，不同品牌的A4紙?zhí)盍系脑亟M成也是不同的，會(huì)出現(xiàn)Ca、O、C、N等元素的不同組合。

再使用EDS進(jìn)行對本樣品進(jìn)行進(jìn)一步分析時(shí)得到，該樣品的填料元素由Ca、O組成。填料的存在改善了植物纖維無法緊密排列成光滑表面的缺陷，從而保證了紙張的光滑度和印刷性能。

04 面巾紙&衛(wèi)生紙

面巾紙/3kV/ETD

衛(wèi)生紙/3kV/ETD

由圖可知，在掃描電子顯微鏡下，兩種樣品的纖維直徑差異并不大，都是十幾微米。但相比于A4紙樣品而言，面巾紙和衛(wèi)生紙的纖維排列較為稀疏，纖維間空隙大，堆積較為疏松，這也是衛(wèi)生紙比A4紙更容易撕破的原因。此外，可以發(fā)現(xiàn)樣品表面有很多非常纖細(xì)的纖維，這是因?yàn)闃悠吩谏a(chǎn)時(shí)經(jīng)過了一系列處理，紙張的柔軟度發(fā)生了改變，以避免刺激或劃傷皮膚。

05 棉柔巾

棉柔巾/3kV/ETD

棉柔巾在嚴(yán)格意義上講屬于無紡布，在掃描電鏡下可以觀察到它的纖維排列較為整齊，且直徑較為均一，在10微米左右。

綜上所述，在我們使用掃描電子顯微鏡對紙張進(jìn)行形貌表征時(shí)，能夠通過觀察紙張纖維的粗細(xì)程度、纖維堆積的緊密程度以及紙張纖維中填料劑量的多少對紙張所屬類型進(jìn)行初步推斷。隨著掃描電鏡技術(shù)的在造紙學(xué)科微觀領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，可為紙張表面形貌分析、斷面分析、填料形態(tài)分析等提供有效的研究手段。

06 參考資料

CARLSSON L A, LINDSTR?M T.A shear-lag approach to the tensile strength of paper[J/OL].Composites Science and Technology, 2005, 65(2): 183-189.