作者:高雅丽 来源:中国科学报 发布时间:2018/2/26 9:46:46
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小小防霾口罩背后的“大科学”

啪啪摩擦电防霾口罩

提到防雾霾口罩,很多人的第一反应是“厚重”“透气性差”,也有不少人在怀疑口罩“是不是真的可以吸附颗粒物”。日前,中科院北京纳米能源与系统研究所研发出一款“啪啪摩擦电防霾口罩”,利用摩擦电场对灰尘的吸附原理,实现对空气中颗粒物的吸附,从而有效阻止雾霾影响身体健康。

■本报见习记者 高雅丽

提到防雾霾口罩,很多人的第一反应是“厚重”“透气性差”,也有不少人在怀疑口罩“是不是真的可以吸附颗粒物”。2017年11月,中科院北京纳米能源与系统研究所(以下简称中科院纳米能源所)研发出一款“啪啪摩擦电防霾口罩”,利用摩擦电场对灰尘的吸附原理,实现对空气中颗粒物的吸附,从而有效阻止雾霾影响身体健康。

口罩中的“摩擦电技术”

2016年12月,基于中科院纳米能源所孵化的北京中科纳清科技股份有限公司成立。这是国内首家拥有摩擦电纳米除尘核心技术的高科技企业。这款防霾口罩正是公司推出的主要产品之一。

拿到这款防霾口罩后,记者发现,口罩比市面上的同类型产品轻薄一些。按照说明书要求,佩戴前需要先“拍打几下”。“拍打可以使口罩的过滤材料产生摩擦电,能够更好地起到防霾除尘效果。”公司总经理刘建清对《中国科学报》记者说。

“拍打几下”的行为背后,正是中科院北京纳米能源所所长、中科院院士王中林发明的摩擦纳米发电机技术。王中林说:“摩擦起电是生活常识,但如何将这些‘摩擦电’利用起来,一直是摆在人们面前的一道难题。我们团队做了六七年的技术研发,终于实现了这种摩擦纳米发电机技术,可用于医疗、环保、信息安全、可穿戴柔性设备等领域。”

与市面同类产品不同,这款防霾口罩采用了“摩擦电材料”,在保证吸附效率的同时,还让口罩“减重”,产品非常轻薄。

王中林告诉记者,日常生活中的灰尘从天上掉下来时,是带了电荷的。他说:“产品具有纳米发电过滤单元,每个过滤单元包括不同功能的过滤层,戴的时候拍一下,过滤层相互之间能够通过材料表面的接触而产生摩擦静电荷和一个介于层之间的电场,它可以有效地吸附空气中的颗粒物。”

刘建清说:“用户在佩戴过程中,口罩表面与空气的摩擦或呼吸、运动使过滤单元里不同的过滤层之间产生碰撞或摩擦产生电荷,能够持续产生摩擦电,进而对空气中的颗粒物进行吸附,可实现对于粒径小于0.3微米的颗粒物吸附净化。”

站在用户角度思考问题

从2017年11月上市以来,短短3个月内,口罩的销量已达4万余只。在采访中,王中林反复告诉记者:“口罩是关于人类呼吸的物品,在研发中我们一定要保证生物安全,保证吸附效率高,通过技术路径有效降低产品成本。”

其实这款口罩的研发灵感,源于2017年初冬的一场流感。刘建清家里上小学的儿子因为频繁地呼吸道感染,成为医院的常客。他说:“家人买了很多口罩,而多数口罩的防护效果依靠材料本身密度及静电层实现空气过滤,这样佩戴感觉非常憋闷,而且使用一段时间后,过滤效果降低,同时口罩勒耳朵也让大人、孩子都不愿意戴。”

如何能研发出更舒适的口罩?这个问题一直萦绕在刘建清心里。直到有一天他看到孩子上完自然课,在家演示生活中的摩擦电现象。“既然摩擦过的塑料尺可以吸纸片,那么摩擦纳米发电机产生的摩擦电为何不能用到口罩上呢?”刘建清表示,孩子的话提醒了他。

就这样,在王中林的技术指导下,公司技术团队开始了研发之路。他们对口罩行业的标准及技术指标进行学习,不断尝试各种新材料。为了实现研发产品能够符合市场需求及达到行业标准,团队经过了无数次的实验、探索、失败、再试验论证,最终掌握了摩擦纳米发电应用到除尘领域的关键技术。

王中林说:“正是因为团队在摩擦纳米发电领域的积累,我们走的弯路相对较少。口罩所使用的具有多壳层高电荷纳米复合结构(MSCD)的材料,经过测试获得非常好的效果。‘啪啪摩擦电口罩’也通过检测效果,达到新国标要求GB/T32610-2016A规定N95级标准。”

刘建清告诉记者,在走向产业化的道路上,公司一直坚持的是“用户第一”。他说:“我们会站在用户角度去思考现有口罩的痛点,在材料可以达到防霾除尘要求符合国标要求的基础上,着力改善佩戴体验,我们改善了高弹耳挂、鼻夹和呼吸阀等部位,最终让用户获得佩戴舒适的防霾除尘口罩。”

用科学技术造福社会

王中林在科学研究领域摸爬滚打了几十年,在他心中,“科学成果如果无法实现产业化,对生活产生影响,研究就没有达到终极目标”。

他说:“传统思想中,科学家只能埋首书堆作研究。其实科学家也可以做实业,靠科学技术造福社会。虽然科学成果在转化道路中会有很多意想不到的困难,但这件事必须做起来。”

在中科院纳米能源所,这种科技成果转移转化的文化正在逐渐形成。王中林告诉记者:“我们在所里鼓励提倡把科学技术带到产品中,不仅成立了产业办,还拿出部分资金支持科学家做产业化项目,选择重点项目、重点领域进行孵化,争取建立几家对社会有所影响、能造福社会的企业。”

做产业的道路也并非一帆风顺。王中林说:“中科纳清成立之初,我们就遇到了不少难题。比如团队每个人的做事风格不同,统一理念、互相磨合十分重要。公司成立后,资金有限,怎样统筹工作安排,让公司尽快走入正轨,也是一个难题。”

现在除了防霾口罩,公司还研发了摩擦电空气净化器、嵌入式空气净化系统、分布式空气魔方等产品。刘建清告诉记者,公司的发展目标是致力于为行业提供“第三种空气净化解决方案”,实现“零臭氧,零耗材,零污染”,给消费者真正用得放心的空气净化器。

《中国科学报》 (2018-02-26 第6版 院所)
 
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