瞻云， 先让一部分知识有趣起来 查看知乎原文 让我们先来看看，一张纸的白色究竟是什么。 这是一张纸。 撕开，破碎的边缘放大 50 倍，它是这样的： 已经能看清构成纸张的纤维素，且呈现出透明光泽。 放大 100 倍： 来源，DOI:10.1186/s40494-021-00507-2 可以看到明显的透明度。 使用暗场照明，则更加的明显： 放大 400 倍： 暗视野照明下的纸张纤维（400 倍） 透明度已经非常高。 是的，纤维素具有高透明度。 你看到的其它一些黑不溜秋的放大图源于电子显微镜，并没有呈现光学特征。 电子显微镜下，不同来源的纸浆纤维 但实际它们本身都是透明的。 纤维素的结构 那为什么我们的视野无法透过纸张，只能看到白色呢？ 我们接下来继续分析。 首先，纤维素的折射率比空气（1.0）大很多，达到 1.5 左右。 光遇到折射率不同的物体，不仅会发生折射，还会发生反射。 由菲涅尔公式可得，正入射时的反射率为： 那么，光从空气正入射纤维素后，反射率为： 也即 4%。 虽然绝大多数的光都会透过单根纤维素，但纸张内部存在大量纤维素，经过纤维素多次反射、折射后，透过的光会越来越少。 越来越多的光，在纤维素之间发生着反射。 而大量纤维素之间，又是成千上万个形状复杂，方向随机，尺度不一的孔隙结构。 于是光线不停地散射、折射，直到最终被打散，于是在宏观上就表现为散射。 于是，我们便看到了一片白色。 反射率的大小以及内部空隙，直接决定了散射的程度，也即发白程度。 雪之所以呈现白色，其实和纸呈现白色的原理是一样的。 只不过雪的白色，是源于冰晶和空气之间的折射率差异。 初生的雪花内部，具有丰富的空气含量。 随着雪花变质，空气含量降低，白色程度也会降低 [1] 。 雪花变质的过程 雪原下方变质速度最快，所以下方最先失去白色 知道了一张纸为什么是白色，要解决我们今天这个问题，就容易多了。 这是一张沾了水的纸。 可以发现，其实纸沾了水，透明度也会增加 [2] 。 我们同样可以通过反射原理来解释。 当一张纸湿透，水填满了纸的空隙，光在纸张内部传播时，折射和反射发生在水和纤维素之间。 水的折射率为 1.33‌。 通过公式，我们可以得到，光在纸内部传播，正入射时反射率为： 也即 0.36%。 而前面我们得到的干燥白纸正入射，反射率为 4%。 前者是后者的 11 倍。 这表明，干燥白纸散射能力比湿透白纸大得多。 所以当一张纸完全湿透，透明度还是较高的。 而且随着边缘湿度的不同，具有明显的透明梯度。 接下来看油浸纸的情况： 这是一张被油浸透的纸。 透明度的确更高，比沾水明显很多。 这是因为，大多数植物油的折射率在 1.46 附近 [3] 。 可得，正入射时，浸透油的纸张内部光反射率为： 也即，反射率低至 0.018%。 那么，干燥纸相当于它的 222 倍，湿纸相当于它的 20 倍。 也即： 4% ：0.36% ：0.018% = 222：20：1 这样，我们最终发现，油浸透的纸散射能力最低，透明程度最高，且比水高得多。 而且，我们需要注意到，部分油的折射率可以超过 1.6，而有的纤维素衍生物折射率可低于 1.5。 二者可以有交集。 所以，极端情况下，可能出现油和纸折射率非常接近的情况。 这样就可能出现极高透明的现象，也即发生‌ 光透明化 （Optical Clearing） [4] 。 生物材料从水到油，发生光透明化的过程 这也是一种生物组织透明化处理的技术，以便于更好的进行生理结构观察 [5] 。 除了浸泡相同折射率的液体让纸变得透明外，还可以透过致密化处理，让其变得透明。 研究发现，纤维素的散射系数随纤维素之间的缝隙降低而降低（减少了反射界面），所以，通过致密处理可以制造出透明纸张 [6] 。 例如，通过黏胶法（Viscose Process）等化学手段，将植物纤维素完全溶解为液体，再挤入酸浴中重新析出成膜，便能制造出高透明的玻璃纸（cellophane），也即赛璐玢。 玻璃纸之所以高透明，是因为纤维素分子进行了重新排列，凝固成的致密薄膜没有纤维界面、没有空气孔隙。 不过，缺点是物理性能较差。 而通过纳米技术制造出的纳米纤维素纸，保留高物理性能的同时，还具有高度透明度，透光率可超过 90%。 这样的纳米纸，可以制造高性能且环保的柔性轻质电子产品 [7] 。 还能通过不同的致密度，制造出不同雾度的纳米纸 [8] 。 不同雾都的纳米纸 可以发现，随着散射明显增强，纳米纸整体越来越呈现白色（雾度）。 这样就造出了既有高透光率，又有高雾度的纸，从而具有更加广阔的运用前景。 例如，有望成为 LED 照明系统中光扩散的理想材料。 …… 一场司空见惯的现象背后，可能有着有趣的物理学原理。 而它衍生出来的相关技术，可能正在进一步改变这个世界。 查看知乎讨论

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  • 分类依据：内容未命中明确的垂直分类规则，归入综合情报
  • 信息来源：资讯 / 知乎日报
  • 发布时间：2026/10/12 07:17:57