靜電紡絲納米纖維：“”的薄膜

納米纖維產品展室

納米纖維防護口罩

    文·本報記者 滕繼濮

　　當李從舉把一大卷（juàn）一米寬（kuān）,類似於生料帶一樣（yàng）的東西擺在（zài）桌（zhuō）子上時（shí），記者還沒意識到，這些材料可能是很多（duō）產（chǎn）業的未來，而（ér）麵前這個戴著眼鏡嗓音洪亮的北京服裝（zhuāng）學院年輕的（de）教授，也（yě）是目前國內*可（kě）以將（jiāng）其低成本批量化生產的（de）人。

    “"薄膜功能奇特

    這是一卷白色的薄膜，觸感也與生料帶非常相似，像傳統（tǒng）布匹店裏的布（bù）一樣卷著。

    就是這卷不太（tài）起（qǐ）眼的薄膜，讓北京服（fú）裝學院（yuàn）這座有（yǒu）著紡織學科傳統的高校，時隔十四年之後，再獲香港桑麻紡織科技獎一等獎。該獎是紡織行業（yè）內的獎項，終評委員會由包括行業內的8位院士一齊評出。

    這種薄膜就是傳說中的（de）靜電紡（fǎng）絲功能性納米纖維膜，一種功（gōng）能強大的（de）新材料。有（yǒu）多強？

    李從舉笑著告訴記者，有同事隔著它抽煙，發覺香煙沒（méi）什麽味道了（le）——這隻是從一（yī）個側麵反應了其過濾效果。

    如（rú）果（guǒ）用作（zuò）口罩。這是一種的（de）過濾材料，可以很好地過濾PM2.5以及各種病毒、雜質的同時（shí），通（tōng）氣更容易，這讓人呼吸起來順（shùn）暢得多。而與目前大多空氣（qì）淨（jìng）化器中使用的HEPA（過（guò）濾膜）相比，相同的過濾效果下，納米（mǐ）纖維過濾膜的空（kōng）氣通過率更（gèng）高，膜兩側壓力差（chà）也（yě）更小。更為關鍵的一點是，成本低。

    如果用於電池。把（bǎ）納米纖維（wéi）膜用作動力鋰電池隔膜（mó），可（kě）以提（tí）高電池功率，減小內部消耗，還能提升其內部電化學性能，尤其可以極大地改善磷酸鐵鋰電池（chí）低溫（wēn）性能，甚至在零下40℃也（yě）能正常工作。

    如果（guǒ）用來製衣。納米纖維膜可以把細小水滴（毛毛雨）擋在外麵，隻允許水蒸（zhēng）氣分子透過，這正是戶外（wài）運動服（fú）裝和特（tè）種防護服裝需要的材料特性。

    如果用作油水分離。目前海洋石油泄露事件（jiàn）都是用吸（xī）油棉處理，而如果采用這種（zhǒng）材料吸附原（yuán）油，不但效果更好，也（yě）能大（dà）幅降低（dī）成本。

    另外，電紡（fǎng）絲納米纖維無（wú）紡膜具有高孔隙率、低滲透阻力的特點，可以製成高通（tōng）量、低能耗的便攜式超濾膜紡織品（pǐn）（如手絹），用於戶外快速淨水，為*訓練、作戰（zhàn）、森林救火、旅遊、野外作業、探險、礦（kuàng）業等快速提供清潔水源，做好後勤保障。

    還有，有些被開（kāi）發出來的應用，甚至連李從（cóng）舉都沒有想到過。在（zài）他看來（lái），一定還會有。

    結構精細“帶電"生產
    這種材料的特殊性能來自於其特殊結構。纖維的（de）直徑可達200納米，甚至更細，這比頭發絲（sī）細了幾百倍，意味著其比表麵積（單位質量（liàng）物料
所具（jù）有的總麵積）非常（cháng）大，用（yòng）其製（zhì）成的（de）材料也因此具備很多特殊功能。

    “看起來是一層細膩的薄膜，但如果用（yòng）顯微鏡觀察，就能看到其內部有很多小孔。"李（lǐ）從舉說。

    要得到這樣的纖維膜需要通過（guò）靜電紡絲技術。靜電紡絲是一種能夠直接、連續（xù）製備聚合物納米纖（xiān）維的方法，它可以將聚酯、聚（jù）氨酯、聚乙烯等聚合物（wù），紡製出直徑範圍從小於3 納米到超過（guò）1微米（mǐ）的超細纖維，並沉積在接收板上（shàng）得到無（wú）紡布（bù）。

    “普通編織是把線絲（sī）用機械（xiè）力牽拉編製，靜電（diàn）紡絲是先將聚合物溶液加上三萬伏特高壓，使其極化，然後在電場力的作用下把材料拉出來紡織。"李從舉簡單地說明了一下原理。

    記者查閱的資料顯示，靜電紡絲不同於傳（chuán）統的紡絲加工技術，其主要（yào）是借助於高壓（yā）靜電場使聚合物（wù）溶液或熔體帶電並產生形變，在噴頭末端處形成懸垂的錐狀（zhuàng）液滴，當液滴表麵的電荷（hé）斥力超過其表麵張力時，在液滴表麵就會高速（sù）噴射出聚（jù）合物微（wēi）小液（yè）體流，簡稱“射流（liú）"。這些射流在一個較短的距（jù）離內經過電場力的高（gāo）速拉伸、溶劑揮發與固化，終沉積在接收板上，形成聚合物纖（xiān）維。

    而在站在機器前的記者看來，高分子溶液似乎更像（xiàng）是（shì）被（bèi）加熱過的砂糖，生成的糖絲又被規（guī）律地編織成（chéng）了薄膜；如果沒有規（guī）律，就成（chéng）了“棉花糖"。

    　生產設備重中之重

    “幾（jǐ）乎全國的院校（xiào）都在做靜電紡絲。"李從舉說。

    記者了解到，除了李從舉教授所在的北京服裝學院材料（liào）科（kē）學與工程學院，絕（jué）大部分都還停留在（zài）實驗室階段，做出的薄（báo）膜一般為A4紙大小，或者需要有（yǒu）支撐層收集，而真正可以實現低成本批量化生產（chǎn）的唯此一家。目前其年生產能力可（kě）達50萬平方米，而占地麵積僅（jǐn）50平方米（mǐ）。

    “該成果*國內沒有針對靜電（diàn）紡絲技術（shù）量產純納米纖維膜的設備（bèi）及係統（tǒng）的空（kōng）白，對我國納米纖維產業的發展具有重要價值和意義，純納米（mǐ）纖維生（shēng）產係統生產效率高、穩定性好，技術創新*，有很強的經濟效益和社會效益，同時，該成果在空氣淨化、水處理和新能源等（děng）領域同樣具有（yǒu）廣闊前景，符合產學研合作（zuò）研（yán）究成果。"這是國內院士專家，給予這一成果的評定。

    這其中重要的一點就是“量產純納米纖維膜的設備及係統"，而當記者問他（tā）打造（zào）的設備有何不同時。李從舉隻狡黠地笑笑說，我有著十幾年的積累，一（yī）直在做這一件事，再說我們是傳統的紡（fǎng）織院校，當然是我們懂紡織多一些，我們時常泡在紡織企業裏，也許一個工人（rén）就能給我們很大的啟發，這個可是文獻裏看不到的。

    “我是（shì）四川人，以前沒有吃過（guò）皮皮蝦，*次吃的時候總得（dé）有人教你。"李從舉打了一個隻可（kě）意會的比方（fāng）。

    空間巨大路修遠兮
    在*設備製造的空白後，該技術（shù）獲獎無數，但等在前方（fāng）的是可以讓該技術得以施展的巨大的（de）空間。空氣汙染牽動人心，有資料顯（xiǎn）示到（dào）2015年，包括空氣淨化器在內的室內環（huán）保產業,其年產值將達到800億元，而與HEPA濾網相比有著成本和性能優勢的納米纖維膜（mó）會遇（yù）到怎樣（yàng）的發展？

    在新能源車等市場需求的推動下，鋰電池（chí）隔膜市場快速增長。據統計，2009—2013年（nián）鋰（lǐ）電池隔（gé）膜市場規模複合（hé）增長率達26.39%，2013年鋰電隔膜市場規模達（dá）到8.37億平方米。預計到2015年鋰電隔（gé）膜需求（qiú）年均複合增長率達到25%，市場規模將達（dá）13.08億平方米（mǐ）。據了解，目（mù）前國內80%的鋰電池隔膜依靠進口，進口（kǒu）替代空（kōng）間大。那麽（me），年產（chǎn）5萬平方米應該隻能被看（kàn）做是一個（gè）起（qǐ）點。

    靜電紡絲技術在上（shàng）世紀初就被（bèi）美國人發（fā）明出，但是其（qí）快速發展也就是（shì）近年來的事情。當技術和原理早已不在是秘密，真（zhēn）正的產業（yè）化生產才是問題之根本。

    “實驗室和生產線*是（shì）兩（liǎng）回事，產（chǎn）業化不（bú）僅要求操作簡（jiǎn）單（dān）、成本低、還（hái）要求（qiú）能持續產出，質量控製，不出差錯。而（ér）納（nà）米纖維膜產業化大的（de）困難是設備的研發，在實驗室（shì）為了確保實（shí）驗的成功和準確性，設備的很多附件都是進口產品，而產業化的進程中，必須（xū）實現國產化，這（zhè）更要求我們踏踏實實地做下去。"李從舉坦言。

來源：中國科技網-科技日報

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