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智慧战“疫”,材料科学家能做什么?昨天一场40万网友关注的发布会给出答案
2020-07-08 20:01:50 来源: 浙江省科协 季韬 金静馨

  超长待机的梅雨季节让杭州一直处在淅沥沥的雨声中,7月6日上午,雨甚至大到新安江水库要开孔泄洪。到了下午,雨忽然转小,在这样微湿的天气里,一场特别的科技成果科普发布在浙江理工大学内举行。

  在活动海报的指引下,观众们纷纷走进理工大学下沙校区丝绸博物馆大剧院三楼会议室,清一色带着口罩……一场疫情,让口罩成了人们出行的必备品,这场发布就跟这个大家2020年最关注的词有关。

  在活动开始前,浙江理工大学丝绸博物馆馆长葛建纲,带领网友们通过直播走进展厅,以中国五千年丝绸历史为主线,感受中国丝绸文化的魅力。发布会上,郭玉海研究员、于斌教授团队介绍了纳米纤维膜口罩新材料的研发过程,还带领网友直播走进实验室探索科学。

  难!与时间赛跑

  疫情下研发“口罩心脏”

  郭玉海是浙江理工大学博士生导师、研究员。疫情期间,他一直超级忙碌。几次联系他,都在湖州当地,和政府、企业一起把研究成果投入到生产中。

  虽然平时科研任务很重,但他非常热爱科普。发布一开始,这位研究员就用生动的语言跟大家上了一课:当双方都戴口罩时,传染率最低,只有1.5%。当传染者不戴,没有受感染人群戴口罩时,传染率为70%。很多人喜欢佩戴透气的纱布和棉布的口罩,但是这种口罩无法阻挡直径小于5微米的颗粒物,所以不建议佩戴。广大市民可以购买普通医用口罩、医用外科口罩、医用防护口罩,能够对颗粒和细菌进行不同程度的过滤。

  昨天的科普发布现场,主题就是围绕口罩展开的。

  熔喷布是口罩的主要原料,也被称为“口罩心脏”。疫情期间物料紧缺,价格飞涨,为了应对这种局面,郭玉海研究员、于斌教授把科研成果应用到决胜疫情的战役中,研发出“纳米纤维膜口罩新材料”。

  这种新材料,在科研中的专业术语是——聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜,也称“纳米纤维膜”。郭玉海教授研究这个材料长达17年,“聚四氟乙烯复合膜共拉伸制备方法与层压覆膜技术”,曾获得2009年国家技术发明二等奖和2017年国家科技进步二等奖。

  于斌教授介绍,浙江理工大学团队研发的这种软支撑纳米纤维膜口罩新材料,通过将材料拉长分裂延伸至几十纳米粗细的纤维,并控制纤维组成孔径大约为0.1-0.3微米的纳米数量级,直接将细菌、病毒等极细微颗粒拦截在口罩外。这种方式无需花费时间加载静电,从而克服了熔喷口罩材料生产效率低的问题。相比传统熔喷材料,具有过滤性能优越、透气性强、生产效率高、易于贮存等多种优势。

  新!参与制定口罩标准

  这个科研团队聚焦“攻关+应用”

  “疫情期间,熔喷布供应非常紧张,价格甚至从年前的1.8万元/吨,涨破42万元/吨,市场还供不应求。这个时候,我们决定争分夺秒,把我们的研究应用到生产中,做出熔喷布的替代品投入市场。”郭玉海介绍,这款软支撑纳米纤维膜口罩新材料于2020年2月底投产,开始以生产民用平面口罩为主,目前主要为KN95、医用口罩提供支撑。

  同时,该团队的研究人员还参加2020年科技部的国家重点研发计划公共安全风险防控与应急技术装备项目——“可重复使用防护口罩关键技术及产业化”,并参与制定《儿童口罩》浙江省团体标准。

  “做科学研究,很重要的一点是能不能对社会做贡献。如果科研只是为写论文而进行,不能够真正对社会产生一定作用是很可惜的,所以成果转化非常重要。”活动现场,中国纺织工程学会副理事长、博士生导师陈建勇教授,鼓励广大师生不仅要做研究,更要把研究运用到实践中。

  这项新成果的发布,为打赢“防疫”“复工”两场战役提供科技支撑,为我国口罩的可重复利用和长期贮存提供了可能性,也为国家应急战备物资储存做出贡献。

  重!是责任更是担当

  新材料不仅达到KN95要求,还能重复使用

  防病毒口罩一般为多层结构,由纺粘层S和熔喷层M组成,纺粘层S的纤维直径比较粗,在20微米左右,而熔喷层M的纤维直径比较细,在2微米左右,只有纺粘层纤维直径的十分之一, 对于防止细菌渗透起到至关重要的作用。

  虽然病毒尺寸很小,但它是依附在飞沫、体液及气溶胶等载体上进行空气传播,所以大多数口罩都可以进行隔离。

  但是传统熔喷布有一个缺点——随着时间延长,效率降低,随着湿度增加,效率降低,所以口罩是有保质期的,过了保质期,效率就大幅下降。这就是为什么一次性使用医用口罩潮湿后,或者连续佩戴4小时后,需要及时更换的原因。

  而纳米纤维膜,是细纤维和粗纤维混杂的薄膜。纤维非常细,阻隔效果好;混杂粗纤维,透气效果好;细纤维和粗纤维“混搭”,既保证高的过滤效率,又保证低的过滤阻力。

  在过滤机理上,传统熔喷布是依赖电荷 "吸附" 细菌和病毒,而纳米纤维膜是依赖细小微孔"阻挡"细菌和病毒。

  值得一提的是,这款利用软支撑纳米复合膜制备的口罩已符合GB 2626-2006标准中KN95要求,其中成品口罩通气阻力约45 Pa,过滤效率大于98.5%。按照项目组关于复用口罩统一测试标准,软支撑纳米复合膜口罩材料经项目组成员重复试戴,经至多5次使用后,测试结果表明其过滤效果仍高于KN95口罩的安全性能要求,佩戴舒适,体现良好可重复使用性能。

  此外,纳米纤维膜材料还应用于军队防寒鞋和大衣、医用防护服、冲锋衣,空气除尘、空气除菌、工业过程中高温烟尘的处理,用途非常广泛。想不到吧,食品包装里也有这个神奇膜的身影,啤酒在灌装之前就包装在里面,去除酵母菌,还能延长保质期,也能应用于人工血管等领域。

  融!让科学拥抱公众

  中国科协、浙江省科协联合都市快报推出“科技成果科普发布”

  “科技成果科普发布”自2018年起已持续发布27期,为公众请到深耕一线的科学家,讲述科学研究的故事。让公众参与科学 ,也让科学拥抱公众。

  作为中国科协、浙江省科协联合都市快报重点打造的平台,“科技成果科普发布”把科学家、科技成果和公众紧密联系在一起。将最新的科技成果,利用科学家的专业知识和科学媒体的专业策划及加工能力,用科普语言解读前沿科技成果,再通过融媒体平台进行现代化传播,用科普发布这个形式来架构前沿科技与公众传播的桥梁。

  通过这个平台,让全社会关注科学、热爱科学,也让科学家成为公众敬仰和关注的人物。未来,还将联动更多的相关职能单位,以科技创新为圆心,将更新的科学知识和科普文化带进千家万户,让社会感受到科学的无穷魅力,让科技工作者的科研成果迸发出更炽烈的能量。

  中国科协“新科技成果科普发布”项目

  发布主题:

  用科技重塑口罩  树立“爱”的屏障

  发布成果:

  研发替代传统熔喷材料的新型软支撑纳米纤维膜口罩新材料

  发布人:

  浙江理工大学博士生导师 研究员 郭玉海

  浙江理工大学博士生导师 教授 于斌

标签:口罩;浙江理工大学;科普;科技成果;纳米纤维;细菌 编辑:张吉
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