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王充写《论衡》的时候，虽然已经有了粗糙的麻纸，这种纸是用大麻和苎麻等原料制成，纸的质地比较粗糙，纤维组织分布不均匀，还不适宜于写字，他的书是写在竹简木牍上的。王充去世后不久，蔡伦改进了造纸术，造出了适宜于写字的纸。
蔡伦字敬仲，是东汉和帝刘肇至安帝刘祜时候的一位宦官。他为人正直，敢于给皇帝提意见，很得汉和帝的信任。蔡伦又是善于发明创造的人。他看到写字用的简牍太笨重，绢帛太昂贵，就下决心要造出一种既便宜又便于写字的纸来。
蔡伦先仔细研究了前人造纸的经验，知道了制造麻纸的原理就是把麻的纤维捣烂，压成薄片。因为工艺很简单，造出来的纸就很粗糙。蔡伦想，如果把工艺搞得精细些，造出来的纸也许就会细腻而便于写字了。于是他开始把麻捣得很烂，压成很薄的纸。这样做，纸是比较细腻些了，但是还不够理想，因为麻里面还有不少粗纤维捣不烂，所以做成的纸仍然不适宜于写字。
蔡伦进一步想，麻能造纸，是因为它有纤维，那么破布、树皮等不值钱的东西，也都含有纤维，是不是也能用来造纸呢？于是他又动手去做试验。他把破布、树皮等东西收集起来，先泡在水里，洗去污垢，再放在石臼里捣烂成浆，然后压成片，做成了纸。这样用不值钱的东西做原料造纸，纸造成了，成本也降低了。但是先前的缺点还存在，仍有一些捣不烂的纤维混在里面，做成的纸还不够光洁。
为了把纤维捣得更烂，使造出来的纸更加细腻光洁，蔡伦又在造纸用的破布、树皮、麻头等原料中加进了带腐蚀性的石灰等东西，一起放在石臼中舂捣。结果，不但原料捣得更烂了，并且还意外地出现了漂白的作用，使得捣成的纸浆变成了白色。可是用这样的纸浆直接压制成的纸，仍然不能除掉那些粗纤维，并且由于放了石灰，做成的纸又出现了许多细小的颗粒。
蔡伦又接着做试验。他把捣烂了的纸浆兑上水调稀，放在一个大木槽里，然后用细帘子去捞那浮在上面较细的纸浆。等细帘子结了一层薄薄而又均匀的纸浆以后，把它晾干，揭下来就成了一张洁白细腻的纸。这样蔡伦改进造纸术的试验终于成功了，造出了便于写字用的纸。这时候是汉和帝元兴元年（公元105年）。
蔡伦把自己改进造纸术的经过上奏汉和帝。汉和帝听了很高兴，叫蔡伦继续改进，扩大造纸的规模，造出更多更好的纸来。蔡伦果然造出了更多更好的纸。蔡伦在汉安帝的时候被封为龙亭侯，所以人们就把蔡伦造的纸叫做“蔡侯纸”。
蔡伦改进造纸术时试验成功的那一套操作过程，后来的人又不断地加以改进和完善，造出来的纸越来越精美。造纸用的原料，也因为各地方的出产不同，又有所扩大，如出产藤的地方，用藤皮作造纸原料。
造纸术的改进，对笔、墨、砚的要求提高了，使得笔、墨、砚也不断地有所改进，文房四宝之间形成了十分密切的关系。造纸术的改进，写字容易了，著书写文章的人越来越多，文化更加飞速地发展起来。造纸术的改进，对于中国的书法艺术和绘画艺术也产生了极大的促进作用。
在我国古代人民已经普遍用纸时，欧洲的国家还在用昂贵的羊皮做书写材料，埃及在用“纸草”写字，在当时除中国外，世界其它地方还没有纸，在书写材料上非常落后。
蔡伦改进的造纸术，到了公元7世纪传到东邻朝鲜，又由朝鲜再传到日本。大约在唐朝的时候，造纸术通过西域传往欧洲，最后传入美洲，中国四大发明之一的造纸术，终于传遍了全世界，为世界文化的发展做出了重大的贡献。