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纳米材料与生活 纳米材料做的口罩有什么优点？ 第一项创造是纳米口罩。 我们知道，用布料和普通纺织品做的口罩，过滤一般粉尘和大的 细菌没有问题，但是要想过滤直径更微小的病毒或者有毒物质就做不 到了，因为纺织品纤维之间的缝隙太大了。后来田纳西大学材料科学 专业的蔡秉教授创造了使用熔喷静电布的N95 口罩，能够过滤大局部 病毒。 N95 口罩使用的是熔喷布，一层熔喷布的过滤效果能抵19层棉 纱。再加上熔喷布本身能够靠静电力吸附住病毒和小颗粒，因此病毒 和其他有害颗粒就过不来了。这就是N95 口罩的工作原理。 不过，普通N95 口罩有两个问题。第一个是透气性不够好，你如 果使用过它就会有体会，很多人出门跑步锻炼，如果戴N95 口罩的话 会出现窒息感。第二个问题和第一个相关联，就是透气性不好导致口 鼻中呼出的水蒸气散不掉，让口罩变得潮湿，这样它就容易丧失了静 电吸附能力，这时口罩的过滤效果会大打折扣。 而纳米材料口罩那么可以解决这两个问题。它是怎么做到的呢？我 们看一下口罩工作的原理：口罩的过滤效果如何，要看它的缝隙有多 大；而透气不透气，那么要看它的缝隙和纤维的比例有多高。 棉布口罩缝隙大，所以过滤效果不好，但是缝隙和纤维的比例高, 因此透气。普通熔喷静电布缝隙小，因此过滤效果好，但是缝隙和纤维的比例不够高，因此透气性不好。如下列图，是这两种材料的微观原 理结构。 棉布熔喷加静电布纳米材料 棉布 熔喷加静电布纳米材料 示意图左边的是普通棉布材料，中间的那么是熔喷静电布。当然这 些材料的纤维实际上并不是横平竖直排列的，这样画只是示意其原理。 从图中你可以看出，要想做到过滤效果和透气性都好，就需要让 纤维与纤维之间的空隙很小，同时纤维本身所占的面积又不能太大。 纳米纤维就可以做到这一点。 这张图最右边就是纳米纤维材料的示意图，如果说棉布的结构是 用很粗的线编了一张稀疏的渔网，熔喷布是用粗线编了一张很细密的 渔网，纳米材料就是用很细的线编了一张细密的渔网。看图的话，这 个差异就一目了然了。这是因为纳米纤维的尺寸非常的小，因此才可 以同时满足过滤性好和透气这两个条件。 纳米口罩效果好的另一个原因是它的静电吸附能力比普通的熔 喷加静电布更强。这里面又有两个原因。首先当然是因为透气性强， 纳米口罩容易保持干燥。 此外还有另一个重要的原因。过滤材料的纤维越细，外表的静电 吸附力越强。这是为什么呢？静电场的强度和距离成反比，纤维越细， 外表的静电场越强。这个道理其实大家在中学物理都学过，只是平时 不用，谁都没有往这上面想。 纳米材料做的衣服有什么优点？ 一种用纳米材料制成的防寒服横空问世，这种衣服保暖性能很好, 而且它只有普通防寒服1/10的厚度，重量那么不到一半。 纳米材料为什么比普通布料的保暖效果更好呢？这就要说回到 衣服保暖的原理了。我们每天都会穿衣服，但是很少有人关心保暖和 透气的原理究竟是什么。 衣服保暖需要两个基本条件：一个是防风，防止冷风吹进来；另 一个是防辐射，防止人体的红外辐射把自己产生的热量散出去。此外， 衣物要穿着舒服，还需要透气性好。 棉织品透气性好，但是不防风，因为棉纤维的间隙太大，因此大 棉袄需要做得特别厚。目前一些合成材料能做到既防风又透气，但它 们在防辐射这方面做得不够好，人体的热量还是容易通过红外辐射散 失出去，因此保暖效果还是有限。 要想同时解决上述所有问题，就需要某种材料能够既透气又防风, 而且要能够将人体往外发散的辐射反射回人体，这样就能在两个指标 上做到双重保暖。纤维极细的纳米材料就可以做到这一点。 而纳米材料防水的原理又是什么呢？般的纤维遇到小水珠时，根 据毛细运动的原理，水分子可以渗透到纤维的另一侧，发生透水现象。 而纳米纤维构成布料具有疏水性，会让小水珠聚集到一起，变成大水 珠，这时由于水珠外表张力的作用，水分子就不能顺利脱离水珠渗透到另一侧，也就防止了渗水。另一方面，水蒸气分子却可以透过纤维 散发出去，因此可以做到透气。 而且，纳米材料做成的衣服也会比其他普通的衣服更轻。一方面 是因为纳米纤维本身尺寸更小。比方棉纤维的直径是8到20微米， 纳米纤维那么比它细上三个数量级。另一方面，纳米材料本身的物理性 能更好，所以也不需要把衣服做得很厚。 新产业就是现有产业+新技术。服装产业对我们来讲是非常非常 传统的产业了，很少有人会把它和高科技联系起来。而纳米材料在我 们想象中是极为高大上的技术，很少有人清楚它们的实际用途。因此 我们很容易认为这两件事情不搭界。但是，因为了解事物与功能背后 的原理，优秀的科学家就能在看似不搭界的两件事中建立起桥梁。很 多时候科技改变社会就是这样发生的。 纳米材料有哪些可能改变世界的用途？ 当然，纳米材料的用途远不止做纺织品。纳米材料还有一些特性 和功能，都可能在很快的时间内改变