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【中國科學報】小小防霾口罩背后的“大科學”
發表日期: 2018-02-28 文章來源: 中國科學報
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啪啪摩擦電防霾口罩

  提到防霧霾口罩,很多人的第一反應是“厚重”“透氣性差”,也有不少人在懷疑口罩“是不是真的可以吸附顆粒物”。日前,中科院北京納米能源與系統研究所研發出一款“啪啪摩擦電防霾口罩”,利用摩擦電場對灰塵的吸附原理,實現對空氣中顆粒物的吸附,從而有效阻止霧霾影響身體健康。

  ■本報見習記者 高雅麗 

  提到防霧霾口罩,很多人的第一反應是“厚重”“透氣性差”,也有不少人在懷疑口罩“是不是真的可以吸附顆粒物”。2017年11月,中科院北京納米能源與系統研究所(以下簡稱中科院納米能源所)研發出一款“啪啪摩擦電防霾口罩”,利用摩擦電場對灰塵的吸附原理,實現對空氣中顆粒物的吸附,從而有效阻止霧霾影響身體健康。

  口罩中的“摩擦電技術” 

  2016年12月,基于中科院納米能源所孵化的北京中科納清科技股份有限公司成立。這是國內首家擁有摩擦電納米除塵核心技術的高科技企業。這款防霾口罩正是公司推出的主要產品之一。

  拿到這款防霾口罩后,記者發現,口罩比市面上的同類型產品輕薄一些。按照說明書要求,佩戴前需要先“拍打幾下”。“拍打可以使口罩的過濾材料產生摩擦電,能夠更好地起到防霾除塵效果。”公司總經理劉建清對《中國科學報》記者說。

  “拍打幾下”的行為背后,正是中科院北京納米能源所所長、中科院院士王中林發明的摩擦納米發電機技術。王中林說:“摩擦起電是生活常識,但如何將這些‘摩擦電’利用起來,一直是擺在人們面前的一道難題。我們團隊做了六七年的技術研發,終于實現了這種摩擦納米發電機技術,可用于醫療、環保、信息安全、可穿戴柔性設備等領域。”

  與市面同類產品不同,這款防霾口罩采用了“摩擦電材料”,在保證吸附效率的同時,還讓口罩“減重”,產品非常輕薄。

  王中林告訴記者,日常生活中的灰塵從天上掉下來時,是帶了電荷的。他說:“產品具有納米發電過濾單元,每個過濾單元包括不同功能的過濾層,戴的時候拍一下,過濾層相互之間能夠通過材料表面的接觸而產生摩擦靜電荷和一個介于層之間的電場,它可以有效地吸附空氣中的顆粒物。”

  劉建清說:“用戶在佩戴過程中,口罩表面與空氣的摩擦或呼吸、運動使過濾單元里不同的過濾層之間產生碰撞或摩擦產生電荷,能夠持續產生摩擦電,進而對空氣中的顆粒物進行吸附,可實現對于粒徑小于0.3微米的顆粒物吸附凈化。”

  站在用戶角度思考問題 

  從2017年11月上市以來,短短3個月內,口罩的銷量已達4萬余只。在采訪中,王中林反復告訴記者:“口罩是關于人類呼吸的物品,在研發中我們一定要保證生物安全,保證吸附效率高,通過技術路徑有效降低產品成本。”

  其實這款口罩的研發靈感,源于2017年初冬的一場流感。劉建清家里上小學的兒子因為頻繁地呼吸道感染,成為醫院的常客。他說:“家人買了很多口罩,而多數口罩的防護效果依靠材料本身密度及靜電層實現空氣過濾,這樣佩戴感覺非常憋悶,而且使用一段時間后,過濾效果降低,同時口罩勒耳朵也讓大人、孩子都不愿意戴。”

  如何能研發出更舒適的口罩?這個問題一直縈繞在劉建清心里。直到有一天他看到孩子上完自然課,在家演示生活中的摩擦電現象。“既然摩擦過的塑料尺可以吸紙片,那么摩擦納米發電機產生的摩擦電為何不能用到口罩上呢?”劉建清表示,孩子的話提醒了他。

  就這樣,在王中林的技術指導下,公司技術團隊開始了研發之路。他們對口罩行業的標準及技術指標進行學習,不斷嘗試各種新材料。為了實現研發產品能夠符合市場需求及達到行業標準,團隊經過了無數次的實驗、探索、失敗、再試驗論證,最終掌握了摩擦納米發電應用到除塵領域的關鍵技術。

  王中林說:“正是因為團隊在摩擦納米發電領域的積累,我們走的彎路相對較少。口罩所使用的具有多殼層高電荷納米復合結構(MSCD)的材料,經過測試獲得非常好的效果。‘啪啪摩擦電口罩’也通過檢測效果,達到新國標要求GB/T32610-2016A規定N95級標準。”

  劉建清告訴記者,在走向產業化的道路上,公司一直堅持的是“用戶第一”。他說:“我們會站在用戶角度去思考現有口罩的痛點,在材料可以達到防霾除塵要求符合國標要求的基礎上,著力改善佩戴體驗,我們改善了高彈耳掛、鼻夾和呼吸閥等部位,最終讓用戶獲得佩戴舒適的防霾除塵口罩。”

  用科學技術造福社會 

  王中林在科學研究領域摸爬滾打了幾十年,在他心中,“科學成果如果無法實現產業化,對生活產生影響,研究就沒有達到終極目標”。

  他說:“傳統思想中,科學家只能埋首書堆作研究。其實科學家也可以做實業,靠科學技術造福社會。雖然科學成果在轉化道路中會有很多意想不到的困難,但這件事必須做起來。”

  在中科院納米能源所,這種科技成果轉移轉化的文化正在逐漸形成。王中林告訴記者:“我們在所里鼓勵提倡把科學技術帶到產品中,不僅成立了產業辦,還拿出部分資金支持科學家做產業化項目,選擇重點項目、重點領域進行孵化,爭取建立幾家對社會有所影響、能造福社會的企業。”

  做產業的道路也并非一帆風順。王中林說:“中科納清成立之初,我們就遇到了不少難題。比如團隊每個人的做事風格不同,統一理念、互相磨合十分重要。公司成立后,資金有限,怎樣統籌工作安排,讓公司盡快走入正軌,也是一個難題。”

  現在除了防霾口罩,公司還研發了摩擦電空氣凈化器、嵌入式空氣凈化系統、分布式空氣魔方等產品。劉建清告訴記者,公司的發展目標是致力于為行業提供“第三種空氣凈化解決方案”,實現“零臭氧,零耗材,零污染”,給消費者真正用得放心的空氣凈化器。

《中國科學報》 (2018-02-26 第6版 院所)
評 論
 
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