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蔡伦造纸
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史书记载，公元105年，蔡伦总结了以往人们造纸的经验，革新造纸工艺，利用碎树皮、麻布头、破旧渔网等原料制作出了薄而结实的纸张，并敬献给当时的汉和帝。汉和帝龙颜大悦，给予蔡伦优厚的赏赐。
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在纸发明以前，人类主要使用将经过处理的木片与竹片捆扎而成的记录媒介，也就是木简与竹简。毋庸多言，这些东西体积庞大，使用起来极为不便。而纸不仅易于书写，既薄且轻，不占地方，可以制成卷轴或装订成册保存，轻巧却能记录大量的信息，实用性远超木简和竹简。
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蔡伦以前的时代并非完全没有类似纸的东西。到今天为止所发现的最古老的“纸”应该是中国甘肃省天水市出土的麻纸，据推测应该制作于公元前179年至公元前142年之间。能用于书写文字的纸早在西汉宣帝（前74年—前49年在位）时代就已经问世，被命名为“悬泉纸”。
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此外，在埃及出土过纸莎草（将具芒碎米莎草茎的外皮平摊后压制成片状）等类似纸的物品，也就是说在中国以外的地区也有过相似的发明。但是这些“纸”的质量较差，而且价格极其昂贵。
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蔡伦不可磨灭的贡献在于，以身边的廉价材料或废弃物为原料，大幅降低了纸的生产成本。而且他制作的纸既薄且韧，质量远远高于其他品种的纸。真可以说，蔡伦改进的造纸术是具有划时代意义的创新成果。
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那么，蔡伦纸的生产工艺又是怎样的呢？首先，仔细清洗麻布头，然后加草木灰，将其反复煮开。站在现代科学知识的角度分析，这就是加热碱性溶液分解杂质，提取高纯度纤维素。然后，将浸泡过的原料捞起，放在石臼内彻底捣碎，再加水稀释，得到纸浆。再用绷着细网的木框将纸浆晾干，彻底干燥之后，最终的成品就是纸。这种制作方法已经传承了近2 000年，与现代的造纸工艺别无二致。从这一点来看，虽然在蔡伦之前已经有了类似纸的实物，但蔡伦才是对造纸术做出最大贡献的人。
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700541982]
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 纤维素为何如此强韧？
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为什么纸非常薄却极具韧性呢？让我们在分子的层面上观察一下纤维素的结构。在纤维素内部可以看到葡萄糖分子排成长列，也就是说纤维素就是一条葡萄糖分子链。光合作用的产物就是葡萄糖，植物将葡萄糖分子直接转化为纤维素，这真可以说是种就地取材的高效抉择。
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葡萄糖分子携带多个羟基，纤维素内部存在成千上万的氢原子和氧原子，与羟基中的氢氧原子相互吸引形成氢键。和原子之间的共价键相比，氢键的牢固程度只有共价键的10%左右，但是纤维素内的氢键数量庞大，聚沙成塔形成了令人不可小觑的力量。
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这种氢键不仅仅存在于处于同一条分子链的葡萄糖分子之间，甚至不同分子链之间的氢氧分子也会相互吸引结合成氢键，最终形成极为坚韧的纤维。纤维素纤维之间的分子排布紧密，异类分子或酶分子很难渗透进内部，所以即使历经长时间的考验依旧能保持原形。几百上千年前雕刻的木制佛像，在今天依旧完好如初，接受信众们的朝拜，其中的奥秘就是纤维素纤维的力量。
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葡萄糖分子链所形成的化合物不仅限于纤维素，还有直链淀粉——就是通常被称为淀粉的物质——也是葡萄糖分子的长链。如果从二维角度观察，纤维素与淀粉几乎一模一样，但是两者的性质却天差地别。以纤维素为主要成分的纸和棉花无法食用，而以淀粉为主要成分的米饭自然不能当衣服穿，更不能用来写字。
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纤维素与淀粉的差异唯有一点，那就是葡萄糖分子的联结方式。纤维素中的葡萄糖排列呈直线状，而淀粉中的葡萄糖排列呈螺旋状。
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纤维素的结构
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淀粉的结构
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拥有直线结构葡萄糖分子链的纤维素易于排列成束，从而形成致密的纤维。与此相反，拥有螺旋结构的淀粉在干燥的时候还能保持一定的强度，可是一旦水分子渗入内部，淀粉的螺旋结构开始解旋，使其他分子更加容易进入淀粉内部，这就是生米和米饭的差异所在。
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在人体内完成解旋之后，淀粉在多种酶的作用下被轻易地分解成单个葡萄糖。换句话说，淀粉所具有的特性使它成为一种易于保存的能量物质。因此，在许多种子以及薯类块根中，都以淀粉的形式将能量储存起来。
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植物利用光合作用合成大量葡萄糖，再利用葡萄糖合成结实而柔韧的优秀的材料——纤维素，也为了生命的延续而合成优秀的储能物质——淀粉。自然的机理如此玄妙，令人赞叹不已。
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