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再下一城,又一项成果产业化!崔屹联手诺奖得主朱棣文:史上透气性最好的N95级纳米口罩,售价3美元
2020/11/25 9:41:12 易丝帮

不久前,「 高分子科学前沿」刚报道了斯坦福大学崔屹教授仅仅花了三年时间就成功将实验室研究成果“神奇布料”变成货架上的“时尚夹克”,堪为科技成果快速产业化的典范!(三年,从实验室到货架,神奇面料!薄至0.3mm,正穿保暖,反穿降温!纳米大神崔屹教授设计的夹克上市了


1. 继超薄时尚夹克之后,又一科研成果快速产业化!

近日,崔屹教授再次在Linkin个人主页发文称,与诺奖得主朱棣文教授(Steven Chu)合办的4C Air公司正式推出史上透气性最好且过滤效率高达95%的AireTrust KN95纳米口罩。这意味着崔屹教授又一项科研成果成功跨越基础研究到商业化应用,用时5年!

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据悉,该口罩采用了4C Air公司的BreSafe纳米纤维过滤材料和技术,可以有效过滤空气中95%以上的危险颗粒,例如细微颗粒物和细菌、病毒等有害物质。而且,该口罩的透气性要优于目前市场上N95口罩,在保障个人呼吸安全的同时,又能让人保持戴口罩期间的舒适感。

值得一提的是,崔屹教授公司研发的AireTrust KN95纳米口罩还达到了今年刚刚发行的《呼吸防护自吸过滤式防颗粒物呼吸器》最新国家标准---GB2626-2019。


2. 研发的初衷:把技术用到老百姓身上,让人们远离雾霾


崔屹教授想发明防护口罩的想法是在2014年。那段时间,他经常在美国和中国来回奔波,发现国内的雾霾情况十分严重,人们饱受雾霾带来的痛苦和疾病,大街上随处可见戴着口罩出行的百姓。

回到斯坦福大学后,他让人从中国把能买到的各种防PM2.5口罩都买回来测试。发现,基本上所有的口罩都是自吹自擂的,对PM2.5都不管用。个别口罩虽然管用,但是呼吸阻力非常大,太闷,不适合长时间戴。

于是,崔屹教授想开发一种兼具高过滤效率和低呼吸阻力的新型口罩,在保证过滤效率的同时增加空气流动性。这意味着口罩需要敏感而具体地捕获PM2.5。

经过不断尝试,崔屹教授带领团队采用静电纺丝技术发明了一种聚丙烯腈(PAN)纳米纤维滤膜。并且,以北京最严重的雾霾作为标准测试,结果发现PAN纳米纤维滤膜可以过滤掉空气中99%以上的有害颗粒,而且空气阻力很低,只有市场上口罩的三分之一。

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图1:PAN纳米纤维滤膜及其PM2.5过滤效果(来源:Nat Commun 2015. 6, 6205 )

对于这项发明,崔屹和他的研发团队表示相当欣慰,因为它可以马上应用到实际生活中去,比如老百姓常戴的口罩、住家和办公楼的窗户,以及医院的空气清洁器等。2015年,崔屹教授将团队的研发成果整理成论文发表在《Nature Communications》上,题为“Transparent air filter for high-efficiency PM2.5 capture”。

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3. 高过滤效率背后的科学原理:利用静电场梯度捕获PM2.5颗粒

为什么PAN纳米纤维滤膜的过滤效率这么高呢?原来采用静电纺丝技术生产的纳米纤维直径很小,只有人头发丝的千分之一左右,且带有静电,静电场梯度很长,可以完全捕获不带电的PM2.5颗粒。同时,纳米纤维滤膜很薄,且孔隙率很高,因而具有优越的透气性能。

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图2:PAN纳米纤维滤膜捕获PM2.5颗粒示意图(来源:Nat Commun 2015. 6, 6205 )

后来,崔屹教授和朱棣文教授一次合作中提到,他们发明的纳米纤维膜对PM2.5的过滤效果很好,而其背后的科学原理正是朱棣文教授获得1997年诺贝尔物理学奖的理论基础:利用电场梯度把原子抓住冷冻。而现在,我们用电场梯度抓住PM2.5。在电场的作用下,表面带静电的纳米纤维对细微颗粒物具有很强的吸附作用,可以完全捕获空气中的PM2.5,将其牢牢吸附在纳米纤维膜的表面。

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图3:静电纺丝纳米纤维滤膜捕获PM2.5的原理示意图

随后不久,崔屹和朱棣文教授合作成立了4c Air公司,旨在将这一技术产业化,让老百姓能够享受技术带来的舒适感和呼吸安全。

据了解,4C Air成立于2015年,致力于通过创新的纳米技术和纳米材料给人们带来清洁空气。公司基于斯坦福大学开发的技术,正在研发针对PM2.5的产品和解决方案,不仅要做个人防护口罩,而且正在积极探索将纳米过滤材料用于汽车,室内新风系统,医院无尘室和工业过滤等领域。

目前,公司拥有多名世界一流的科学家,除了联合创始人崔屹教授朱棣文教授,还有两位美国科学院院士,UC伯克利分校的杨培东教授和斯坦福大学沈志勋教授作为技术顾问。

4. 史上透气性最好的N-95级纳米口罩,售价3美元/片!

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5. 4C Air公司网页上是这样描述这款产品的:

“我们与AireTech Clean Technology公司合作,使用4C Air的BreSafe纳米纤维过滤材料和过滤技术生产此面罩,以过滤出95%的危险颗粒,包括细颗粒物和有害细菌。

它设计的初衷是满足人体工程学原理,保证人们的呼吸舒适性,同时满足日常个人防护的高质量需求。我们的口罩已通过最新标准GB2626-2019认证,可确保您在这段时间内的安全。”

据悉,4C Air的BreSafe纳米纤维过滤材料正是崔屹教授团队在2015年研发的PAN纳米纤维滤膜。此外,AireTrust KN95纳米口罩还具有普通医用防护口罩不具备的优点,能够有效防止火灾和污染引起的有害烟雾!

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参考资料:


Liu, C., Hsu, P., Lee, H. et al. Transparent air filter for high-efficiency PM2.5 capture. Nat Commun 6, 6205 (2015). https://doi.org/10.1038/ncomms7205

来源:高分子科学前沿



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