核孔膜技术如何走入生活?

核，给人的第一印象往往是威慑、恐怖、不可接近，提起核技术想到的是核导弹、核潜艇这些军用装备，即便核电技术已经广泛应用于能源领域，但离我们日常生活似乎依然很遥远。将核技术应用到触手可及的日常生活用品似乎更是难以想象。

然而有这么一位科学家，默默耕耘二十余年，致力于探索核技术在薄膜材料的应用，她实现了核孔膜从研发到工程再到产业化的转变。如今核孔膜技术已经应用于日常生活的各个领域，本期的对话，让我们一起来了解清华大学高级工程师王玉兰博士和她的核孔膜。

王玉兰博士

核孔膜在大输终端液精密过滤器的应用

目前的医用输、注器具过滤材料市场存在着过滤孔径不达标，过滤材料纤维脱落造成二次污染等问题。

传统的核孔膜虽然具有过滤孔径可控，但其最大的缺点就是过滤时纳污能力差，容易堵塞。针对这一问题，王玉兰团队在传统核孔膜的基础上研发了非对称核孔膜，将微孔形状制作成单椎体，可以有效避免堵塞，**提高了膜的纳污能力。目前非对称核孔膜已经广泛应用于大输液终端精密过滤器。

核孔膜在饮用水净化的应用

不安装净水器的饮用水含有水垢，甚至许多有害物质，而安装了净水器却连水中的有益元素都净化掉了，想要喝口干净健康的水怎么这么难？ 许多人为这一日常生活难题所困扰。

王玉兰博士带领的研发团队经过对传统核孔膜技术的改良，研发出可以直接用于开水过滤的全新核孔膜过滤滤芯。

据王玉兰介绍，经过多次实验证明，用一定参数核孔膜过滤煮沸后的水，过滤后的水总硬度、氟化物及总有机碳TOC指标明显下降；截留在膜表面的滤饼中含有对人体危害显著的重金属，如几次都检测到的铝、铅、钡、锰、汞、镉、铬等；过滤后水中仍含有对人体有益的微量元素，且比例未见明显变化。

核孔膜在空气净化的应用

雾 霾是在空气中悬浮的灰尘、硫酸、硝酸、有机化合物等粒子，这些粒子的空气动力学直径都在2.5微米以下，传统的纱窗网孔尺寸大约为1毫米，对于2.5微米以下的微粒来说，相当于一粒子弹穿过足球门一样，毫无障碍。

针对雾 霾的这一特性，王玉兰博士与其团队研发的核孔膜纱窗，通过控制核孔膜的孔径大小，在保持空气畅通的同时隔绝PM2.5，实现了室内空气的有效净化。

王玉兰博士在检查设备

了解了核孔膜在日常生活的应用，到底什么是核孔膜？王玉兰博士亲自答疑解惑。

核孔膜技术是什么？

王玉兰：核孔膜是一种多孔的薄膜材料，制作过程分两步。第一步用大型的核设施，将原子核加速到非常高的能量去轰击一定厚度的塑料薄膜，在原子核走过的路径上就会形成辐射损伤，直径约几个纳米。有了这样的辐射损伤的薄膜我们可以理解为薄膜表面可以有很多的几个纳米的小孔。当把这样的薄膜放到化学试剂蚀刻时，即可把薄膜上的辐射损伤通道变成直通微孔。通过控制原子核的辐照条件和蚀刻条件，就可以得到不同孔密度和不同孔径的核孔膜。

核孔膜的化学性能很好、温度性能也很好。它有三个主要特点，一个是孔密度可控，可以做到从1平方厘米1个小孔到100亿个小孔。第二是孔径均一，所有的小孔直径大小都一样，因为原子核加速的时候就是单一能量、单一质量， 所以所有孔径大小全部一样。第三是孔径范围非常宽并精确可控，从几个纳米到几十个微米，跨越了肉眼不可见的四个数量级，引申出许多应用。

孔径均一、孔型规则（直通微孔结构）、孔密度和孔径可精确独立控制且参数范围广是核孔膜最为显著的特点，这些特点决定了核孔膜在许多领域的应用较其它微孔膜技术而言具有无可比拟的优势。

核孔膜在产业化技术有哪些突破？

王玉兰：实际上在辐照技术上走了三个里程碑，第一个里程碑是突破了反应堆产业化辐照技术，第二步是更新了加速器的辐照技术；第三步是解决了辐照参数的稳定性，使得我们的膜性能稳定性变得非常好，就是辐照的密度的稳定性，因为一旦做产品稳定就是关键因素。

在蚀刻技术方面，经过几十年的艰辛探索和努力，在国际上率先解决了非对称核孔膜的产业化蚀刻工艺，并实现了大规模量产，迄今为止国际上也只有我们做到了非对称核孔膜的量产供应。这一技术问题的解决**拓展了核孔膜的应用领域。

非对称核孔滤膜是目前世界上最先进的核微孔过滤膜，过滤性能指标远高于美国和俄罗斯产品。这一技术上的突破，不仅使核孔滤膜有可能在大规模工业化生产中得到应用，如电子工业的超纯水制备、制药工业的无菌水制备，食品工业中啤酒过滤、牛奶过滤等，还可使核孔膜在0.1µm以下的精密过滤方面与其它滤膜具有明显竞争优势。

经过多年研究开发，不仅掌握了核孔膜产业化核心技术，还取得了多项原创性科技成果，部分已经实现产业化并将产品推向市场，取得了良好的社会效益和经济效益。

产业化转换过程中遇到了哪些困难？

王玉兰：遇到的困难非常多，最大的问题还是产业化技术开发中的工艺问题，比如我们在做这种非对称膜的技术开发时，当我们在实验室操作都没问题，一上产业线就出问题了，后来我们通过反复试验，耗费长达一年的时间，最后发现是材料选择环节出现的问题。这个材料在我们后期的制作过程中，会带来很多的干扰因素，我们需要一个一个因素去排除。

所以它是一个从简到繁，然后再从繁到简的一个过程，就跟我们读书一样，一开始你认为小学生知识就这么点，但是它越读越多，真正当你读到学霸级别，高考的时候，像数学可能脑子里就剩下三张纸的公式和定理，这时候任何考试都考不倒你了，原因就是你对知识掌握透了。所以研发以及产业化的过程也是这样一个过程，从简到繁，从繁到简。

我觉得任何一个产品都不简单，在整个产业化过程里都需要大批的技术人员解决各个方面的很多细节问题。日本和德国为什么工业产品比我们中国人做的好，我在这两个国家学习和工作过，他们任何一个细节问题都不会放过的做事态度给我留下了非常深刻的印象。把任何细节问题都要搞透彻，只有这样，产品质量才能非常稳定。

产业化过程有哪些值得借鉴的经验？

王玉兰：回过头来看，我觉得我们走的一条正确的道路是研发不完全依赖国家投入。我们一开始就意识到核孔膜是项核心技术，拿树做比喻，核孔膜技术是树干，在这个树干上可以延伸出很多的树枝和无穷多的树叶，也就是依靠这一核心技术可以开发出很多技术分支， 每一技术分支又可以开发出许多不同的产品。

基于这样的认识， 我们先去解决树干的问题。 在利用国家科技攻关的项目经费把其中一个分支的产业化问题解决后，我们迅速推出了产品。通过市场推广， 把核孔膜技术先从一个领域应用起来，然后我们就可以从市场源源不断地获取资金，这部分资金我们没有用来大规模发放奖金，而是投入研发。 通过这样的方式只要我们有了好的想法，就可以做出快速反应，直接组织力量开展研发，而不用走繁琐的项目申请流程。可以这样说， 核孔膜是在国家给了第一口粮食后，通过两代清华人的努力慢慢成长起来，并逐渐发展成为我国拥有多项自主知识产权的核心膜技术。

您如何看待核孔膜技术未来的发展？

王玉兰：核孔膜应用领域和可能会发挥的科技价值，还没有被大众广泛关注。核孔膜技术产业化是清华团队经过两代人，很多年的开发一步一步摸索出来，因近年来人们对科技及环保的需求而被大众了解，而真正想让这项技术造福更多有需求的人，还在于核孔膜技术与各类相关企业的群策群力。我们由衷希望有需求的科研机构、规模企业，能一起对核孔膜这项，由我国**国际的科学技术，展开广泛的应用研究，从而推动核孔膜技术的不断发展，用科技造福桑梓。