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关于孙立涛教授研发石墨烯口罩产业化情况的介绍

编者按:

      做石墨烯基口罩最难的两点:一是石墨烯在面料上的均匀分散,如图,通过显微结构表征一目了然;

二是石墨烯与纤维的稳定复合,如能通过下边孙立涛教授团队的稳定性实验,才会有合格保证。

      以上两点孙立涛教授团队做了四年多,因此市场上其他号称石墨烯口罩的产品,若能满足这两点才可能是基于石墨烯的有效产品。

 

       自从石墨烯诞生以来,由于资本长期地对石墨烯的炒作,似乎石墨烯由一个材料变成了无所不能的上帝。这种状况造成石墨烯产业内有识之士的反感,也使得一些不明真相的人对踏踏实实、勤勤恳恳搞研发的人和他们的产品也一并反感起来,这是我们要避免的。

对石墨烯的炒作是石墨烯产业的害群之马。

 

见本杂志发帖《石墨烯量子技术用于医疗?续集--对“双烯量子”的质疑》

     前天,本杂志发帖《东南大学孙立涛教授以最快的速度组织了40万只自己团队研发的石墨烯口罩发往武汉抗疫前线》得到广大读者的广泛关注。一些读者提出了一些疑问,我想这是读者对孙立涛老师研发石墨烯口罩的情况不了解造成的。所以,我们在这里简单的介绍一下,孙立涛老师石墨烯口罩产业化的情况,让更多人消除误解。          

    孙立涛

     孙立涛,东南大学电子科学与工程学院、微电子学院(国家示范性微电子学院)院长,长江学者特聘教授、国家杰青、国家万人计划领军人才、2019年科睿唯安全球高被引科学家、享受国务院特殊津贴专家。长期从事原位电子显微学及石墨烯等新型纳米材料的基础前沿与相关应用研究。发表SCI论文200余篇(其中Science 2, Nature及子刊14篇),做国内外会议邀请报告160余次,申请专利100多项、世界上首次提出并实现了石墨烯在环保领域的应用和产业化。目前兼任MEMS教育部重点实验室主任,江苏省真空学会理事长,《电子器件》杂志主编,Materials Today Nano杂志编委,美国IEEE纳米技术委员会南京分会主席,中国电镜学会原位电子显微学专业委员会主任,中国石墨烯产业技术创新战略联盟标准化委员会副主任,国家石墨烯产品质量监督检验中心顾问,住建部科技协同创新专委会委员,欧洲科学基金会专家评审委员会委员,欧盟 “石墨烯旗舰项目评审专家。曾获江苏省十大青年科技之星、江苏省教学成果特等奖、国家教学成果二等奖,指导团队获国家小平科技创新团队等。

孙立涛团队关于石墨烯在环保领域的应用研发历程

       孙立涛教授团队2010年首次实验室发现石墨烯材料的超高吸附特性,2011年申请专利,2012年文章发表,当时以油水分离等水处理方面应用为主,后来因当时雾霾问题突出而尝试石墨烯在空气净化方面的应用研究。2012年开始推产业化,2013年东南大学与江南石墨烯研究院成立石墨烯材料应用联合研发中心并基于常州碳星公司具体试生产,2016年底第一代口罩首次上市,2017年至2018年又不断在密闭性、舒适性和外观设计等方面完善,现已是第四代产品,防护效果达到了2016年国家新标准的最高等级:A级。接下来会有好孩子公司等推出面向儿童的专用口罩。

 

解决传统口罩短时间失效问题(~1小时)

    现有的防霾口罩滤材绝大部分都是依靠静电来吸附细颗粒物,但静电口罩滤材存在的最大问题就是遇水气静电易消失,特别是在沿海等高湿地区更加严重,另外带口罩时,呼出的水汽也会导致静电的快速减少甚至消失,我们对市场上的国外大品牌进行了实地测试,结果如图1所示,所有口罩的静电在佩戴10min后都大幅下降了,比如对于英国某著名品牌B口罩,佩戴10min后,静电势由初始的1.5kV大幅降到了0.4kV。同时我们也测试了佩戴不同时间下的过滤效率,结果如图2所示,所有口罩的过滤效率随着佩戴时间的延长,都呈现出大幅下降的趋势,同样以英国某著名品牌B为例,佩戴30min后,效率由原先的95%降到了86%1h后降到了82%。也就是说这样的口罩原则上佩戴一两小时就得更换。所以会增加人们的购买压力,同时还会带来大量的污染和巨大的处理成本。

图1 口罩佩戴时间与静电势的关系图。

 

图2 口罩佩戴时间与过滤效率的关系图。

 

图3 牢固性测试。

 

2006年国家标准:  呼气≤250Pa;吸气≤350Pa,2016年新国家标准:呼气≤145Pa;吸气≤175Pa,防护效果达到2016年新标准的最高等级:A级。

 

2007年9月在南京举行的中国国际石墨烯创新大会上,石墨烯之父、诺贝尔奖获得者为中国石墨烯产业点赞。东南大学孙立涛教授团队研发的石墨烯基口罩接受中央电视台东方时空采访。

 

安全性方面,主要从如下三个方面保证:

第一, 石墨烯负载量极少(每个口罩少于0.005g

第二,与皮肤无直接接触(至少隔2-3层无纺布);  

          第三,结合牢靠,不掉粉。

见如下脱落性实验:

    在真空抽滤装置上,从下到上依次放置220nm孔径的滤膜,未经过石墨烯处理的滤材,石墨烯处理的滤材,具体见下图左上角。然后抽负压,使三层滤层差为35000Pa,远大于口罩标准的175Pa,并累积持续3天(72h)。结果如图3所示,空气中的颗粒都被石墨烯修饰的滤材截留住,下面的裸滤材及220nm的滤膜上看不到污染颗粒物;另外,从裸滤材及220nm的滤膜上,也没有发现任何石墨烯脱落的痕迹,因此,石墨烯与基材的结合很牢固。

    另外,孙立涛教授团队在石墨烯用于水处理方面的成果已被应用于全国30多个地方,得到了市场的广泛认可。

 

最后,关于如何辨别石墨烯产品的真假,孙立涛教授给了如下建议:

 1.能用多种表征方法(SEM,TEM,AFM)证明产品中有石墨烯;

 2.可以清晰说明此产品主要借助石墨烯哪些优势及相关机理;

 3.产品在加石墨烯前后有哪些性能/功能上的提升。

 以上若有一条无法满足,都不能算基于石墨烯的有效产品。

 

鸣谢孙立涛教授团队为本文提供的支持~!

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