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April 2024

世界首次的量产化无限地拓展了纳米纤维的潜力

  • 比一张A4纸还轻的纳米纤维口罩
    Photo:金翼水
  • 使用纳米纤维制做的各种户外产品
    Photo:金翼水
  • 以纳米纤维量产为目的的研究开发现场
    Photo:金翼水
  • "鹿威"成为纳米纤维的量产机制开发的灵感
    Photo: PIXTA
  • 能阻挡99%以上的花粉及病毒的口罩示意图
    Photo:金翼水
比一张A4纸还轻的纳米纤维口罩
Photo:金翼水

纳米纤维,是一种理想的纤维,它用在口罩上的话,可以阻挡99%以上的花粉与病毒。过去一直被视为难题的纳米纤维量产技术的成功开发,使超极细的100nm*纤维的用途从医疗扩大到食品、服装、能源,其应用领域正在无限地扩大。

超极细纤维——纳米纤维,它只有人的头发的500分之一的粗细。例如使用纳米纤维制做的口罩,在确保透气性的同时,不会渗水,并能够阻挡99%以上的病毒、花粉、㏘2.5等对人体产生不良影响的0.3µm**大小的粒子。

信州大学金翼水教授的研究室使长期以来一直难以实现的纳米纤维的量产成为了可能。信州大学是日本唯一设有纤维学部的大学,该学部的成立可以追溯到1910年。当时的长野县是蚕丝的一大产地,信州大学原本是作为官立的上田蚕丝专门学校而起步的,1949年通过学制改革,上田蚕丝专门学校成为信州大学纤维学部。在距今114年的历史中,纤维学部为纺纱、织布以及成品技术的科学发展培养了一代又一代的人材。

以纳米纤维量产为目的的研究开发现场
Photo:金翼水

2010年,金教授成功开发了世界上第一个纳米纤维量产的成套设备。据说其生产手法的开发灵感来自日本庭园的水景元素"鹿威"***。它不是利用注射针那样的喷嘴,而是让各种聚合物****流过带角度的"针"的前端,同时施加高电压,通过静电的力量,使聚合物被拉伸成为细纤维。这是一个划时代的设想,甚至被评价为是"在弓箭的时代制造了火箭"。

"鹿威"成为纳米纤维的量产机制开发的灵感
Photo: PIXTA

以这一量产成套设备生产的纳米纤维为原料生产的最早的产品,就是用于抵御花粉症的口罩。在2011年的东京马拉松大赛中,这种口罩因良好的透气性而受到了戴口罩赛跑的选手们的好评。2014年,为防止御岳山*****喷火导致的火山灰影响人体,金教授的研究室为当地的小学提供了纳米纤维口罩。在新冠疫情发生时,该研究室又开发出了病毒阻挡功能更高的N95级口罩,并向长野县政府机构及日本护理协会******捐赠了5万6千只N95级口罩。2022年,以"为疫情做出贡献的纳米纤维口罩的实用化"的成绩,该研究室获得日本文部科学大臣表彰科学技术奖(开发部门)。

能阻挡99%以上的花粉及病毒的口罩示意图
Photo:金翼水

具有良好透气性的纳米纤维,其用途不仅限于医用领域,同时也扩大到服装、体育用品、户外产品、车辆的通风口以及用于提高糖度并降低收获前风险的水果保护袋等各种领域。现在,纳米纤维的量产体制已经完善,金教授的研究室收到很多企业有关合作开发的委托。

使用纳米纤维制做的各种户外产品
Photo:金翼水

纳米纤维与SDGs有着较高的亲和性。其具有可反复清洗并使用的特征,能够减少产品的废弃。

综上所述,纳米纤维的量产技术,具有能提升我们生活质量的巨大潜力,可以说这是一种有助于未来社会更大进步的划时代的技术。

*1nm(纳米)=10-9米(m)=10亿分之一米
**µm是相当于1米的一百万分之一的单位。
***其结构机制是,使水细细地流入竹筒,而当竹筒里积满了水,竹筒就会因沉重而倾斜,积满的水会全部洒出。变轻的竹筒回到原来的位置时,会重重地敲击石头等而发出音响。
****指的是分子量较大的分子,其科学结构基本上是聚合物(由规则性反复的结构单元所构成)。
*****位于长野县与岐阜县交界处的活火山。2014年9月的喷火造成的灾难,导致死亡及失踪人数达63人。
******日本最大的护理职能团体,由拥有护理资格的个人自主加入并运营。