國(guó)之棟梁，鑄就大國(guó)之材！《大國(guó)之材》欄目聚焦材料界學(xué)術(shù)泰斗、行業(yè)領(lǐng)軍人物，通過(guò)大型系列紀(jì)錄片、系列叢書(shū)、視頻訪談、媒體報(bào)道等多種形式，見(jiàn)證中國(guó)材料人奮勇拼搏、砥礪前行的成長(zhǎng)軌跡，記錄中國(guó)從材料大國(guó)向材料強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的發(fā)展史。

《大國(guó)之材》分為《人物篇》、《企業(yè)篇》、《行業(yè)篇》等，包括《院長(zhǎng)來(lái)了》、《對(duì)話》等子欄目，分別從不同視角記錄充滿智慧的材料人的故事。

核，給人的第一印象往往是威懾、恐怖、不可接近，提起核技術(shù)想到的是核導(dǎo)彈、核潛艇這些軍用裝備，即便核電技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于能源領(lǐng)域，但離我們?nèi)粘Ｉ钏坪跻廊缓苓b遠(yuǎn)。將核技術(shù)應(yīng)用到觸手可及的日常生活用品似乎更是難以想象。

然而有這么一位科學(xué)家，默默耕耘二十余年，致力于探索核技術(shù)在薄膜材料的應(yīng)用，她實(shí)現(xiàn)了核孔膜從研發(fā)到工程再到產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)變。如今核孔膜技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，本期的對(duì)話，讓我們一起來(lái)了解清華大學(xué)高級(jí)工程師王玉蘭博士和她的核孔膜。

王玉蘭博士

核孔膜在大輸終端液精密過(guò)濾器的應(yīng)用

目前的醫(yī)用輸、注器具過(guò)濾材料市場(chǎng)存在著過(guò)濾孔徑不達(dá)標(biāo)，過(guò)濾材料纖維脫落造成二次污染等問(wèn)題。

傳統(tǒng)的核孔膜雖然具有過(guò)濾孔徑可控，但其最大的缺點(diǎn)就是過(guò)濾時(shí)納污能力差，容易堵塞。針對(duì)這一問(wèn)題，王玉蘭團(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)核孔膜的基礎(chǔ)上研發(fā)了非對(duì)稱核孔膜，將微孔形狀制作成單椎體，可以有效避免堵塞，**提高了膜的納污能力。目前非對(duì)稱核孔膜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大輸液終端精密過(guò)濾器。

核孔膜在飲用水凈化的應(yīng)用

不安裝凈水器的飲用水含有水垢，甚至許多有害物質(zhì)，而安裝了凈水器卻連水中的有益元素都凈化掉了，想要喝口干凈健康的水怎么這么難？ 許多人為這一日常生活難題所困擾。

王玉蘭博士帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)對(duì)傳統(tǒng)核孔膜技術(shù)的改良，研發(fā)出可以直接用于開(kāi)水過(guò)濾的全新核孔膜過(guò)濾濾芯。

據(jù)王玉蘭介紹，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)證明，用一定參數(shù)核孔膜過(guò)濾煮沸后的水，過(guò)濾后的水總硬度、氟化物及總有機(jī)碳TOC指標(biāo)明顯下降；截留在膜表面的濾餅中含有對(duì)人體危害顯著的重金屬，如幾次都檢測(cè)到的鋁、鉛、鋇、錳、汞、鎘、鉻等；過(guò)濾后水中仍含有對(duì)人體有益的微量元素，且比例未見(jiàn)明顯變化。

核孔膜在空氣凈化的應(yīng)用

霧 霾是在空氣中懸浮的灰塵、硫酸、硝酸、有機(jī)化合物等粒子，這些粒子的空氣動(dòng)力學(xué)直徑都在2.5微米以下，傳統(tǒng)的紗窗網(wǎng)孔尺寸大約為1毫米，對(duì)于2.5微米以下的微粒來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于一粒子彈穿過(guò)足球門一樣，毫無(wú)障礙。

針對(duì)霧 霾的這一特性，王玉蘭博士與其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的核孔膜紗窗，通過(guò)控制核孔膜的孔徑大小，在保持空氣暢通的同時(shí)隔絕PM2.5，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)空氣的有效凈化。

王玉蘭博士在檢查設(shè)備

了解了核孔膜在日常生活的應(yīng)用，到底什么是核孔膜？王玉蘭博士親自答疑解惑。

核孔膜技術(shù)是什么？

王玉蘭：核孔膜是一種多孔的薄膜材料，制作過(guò)程分兩步。第一步用大型的核設(shè)施，將原子核加速到非常高的能量去轟擊一定厚度的塑料薄膜，在原子核走過(guò)的路徑上就會(huì)形成輻射損傷，直徑約幾個(gè)納米。有了這樣的輻射損傷的薄膜我們可以理解為薄膜表面可以有很多的幾個(gè)納米的小孔。當(dāng)把這樣的薄膜放到化學(xué)試劑蝕刻時(shí)，即可把薄膜上的輻射損傷通道變成直通微孔。通過(guò)控制原子核的輻照條件和蝕刻條件，就可以得到不同孔密度和不同孔徑的核孔膜。

核孔膜的化學(xué)性能很好、溫度性能也很好。它有三個(gè)主要特點(diǎn)，一個(gè)是孔密度可控，可以做到從1平方厘米1個(gè)小孔到100億個(gè)小孔。第二是孔徑均一，所有的小孔直徑大小都一樣，因?yàn)樵雍思铀俚臅r(shí)候就是單一能量、單一質(zhì)量， 所以所有孔徑大小全部一樣。第三是孔徑范圍非常寬并精確可控，從幾個(gè)納米到幾十個(gè)微米，跨越了肉眼不可見(jiàn)的四個(gè)數(shù)量級(jí)，引申出許多應(yīng)用。

孔徑均一、孔型規(guī)則（直通微孔結(jié)構(gòu)）、孔密度和孔徑可精確獨(dú)立控制且參數(shù)范圍廣是核孔膜最為顯著的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)決定了核孔膜在許多領(lǐng)域的應(yīng)用較其它微孔膜技術(shù)而言具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

核孔膜在產(chǎn)業(yè)化技術(shù)有哪些突破？

王玉蘭：實(shí)際上在輻照技術(shù)上走了三個(gè)里程碑，第一個(gè)里程碑是突破了反應(yīng)堆產(chǎn)業(yè)化輻照技術(shù)，第二步是更新了加速器的輻照技術(shù)；第三步是解決了輻照參數(shù)的穩(wěn)定性，使得我們的膜性能穩(wěn)定性變得非常好，就是輻照的密度的穩(wěn)定性，因?yàn)橐坏┳霎a(chǎn)品穩(wěn)定就是關(guān)鍵因素。

在蝕刻技術(shù)方面，經(jīng)過(guò)幾十年的艱辛探索和努力，在國(guó)際上率先解決了非對(duì)稱核孔膜的產(chǎn)業(yè)化蝕刻工藝，并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)，迄今為止國(guó)際上也只有我們做到了非對(duì)稱核孔膜的量產(chǎn)供應(yīng)。這一技術(shù)問(wèn)題的解決**拓展了核孔膜的應(yīng)用領(lǐng)域。

非對(duì)稱核孔濾膜是目前世界上最先進(jìn)的核微孔過(guò)濾膜，過(guò)濾性能指標(biāo)遠(yuǎn)高于美國(guó)和俄羅斯產(chǎn)品。這一技術(shù)上的突破，不僅使核孔濾膜有可能在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中得到應(yīng)用，如電子工業(yè)的超純水制備、制藥工業(yè)的無(wú)菌水制備，食品工業(yè)中啤酒過(guò)濾、牛奶過(guò)濾等，還可使核孔膜在0.1μm以下的精密過(guò)濾方面與其它濾膜具有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

經(jīng)過(guò)多年研究開(kāi)發(fā)，不僅掌握了核孔膜產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)，還取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性科技成果，部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)換過(guò)程中遇到了哪些困難？

王玉蘭：遇到的困難非常多，最大的問(wèn)題還是產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)中的工藝問(wèn)題，比如我們?cè)谧鲞@種非對(duì)稱膜的技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)，當(dāng)我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室操作都沒(méi)問(wèn)題，一上產(chǎn)業(yè)線就出問(wèn)題了，后來(lái)我們通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，耗費(fèi)長(zhǎng)達(dá)一年的時(shí)間，最后發(fā)現(xiàn)是材料選擇環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題。這個(gè)材料在我們后期的制作過(guò)程中，會(huì)帶來(lái)很多的干擾因素，我們需要一個(gè)一個(gè)因素去排除。

所以它是一個(gè)從簡(jiǎn)到繁，然后再?gòu)姆钡胶?jiǎn)的一個(gè)過(guò)程，就跟我們讀書(shū)一樣，一開(kāi)始你認(rèn)為小學(xué)生知識(shí)就這么點(diǎn)，但是它越讀越多，真正當(dāng)你讀到學(xué)霸級(jí)別，高考的時(shí)候，像數(shù)學(xué)可能腦子里就剩下三張紙的公式和定理，這時(shí)候任何考試都考不倒你了，原因就是你對(duì)知識(shí)掌握透了。所以研發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程也是這樣一個(gè)過(guò)程，從簡(jiǎn)到繁，從繁到簡(jiǎn)。

我覺(jué)得任何一個(gè)產(chǎn)品都不簡(jiǎn)單，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程里都需要大批的技術(shù)人員解決各個(gè)方面的很多細(xì)節(jié)問(wèn)題。日本和德國(guó)為什么工業(yè)產(chǎn)品比我們中國(guó)人做的好，我在這兩個(gè)國(guó)家學(xué)習(xí)和工作過(guò)，他們?nèi)魏我粋€(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題都不會(huì)放過(guò)的做事態(tài)度給我留下了非常深刻的印象。把任何細(xì)節(jié)問(wèn)題都要搞透徹，只有這樣，產(chǎn)品質(zhì)量才能非常穩(wěn)定。

產(chǎn)業(yè)化過(guò)程有哪些值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)？

王玉蘭：回過(guò)頭來(lái)看，我覺(jué)得我們走的一條正確的道路是研發(fā)不完全依賴國(guó)家投入。我們一開(kāi)始就意識(shí)到核孔膜是項(xiàng)核心技術(shù)，拿樹(shù)做比喻，核孔膜技術(shù)是樹(shù)干，在這個(gè)樹(shù)干上可以延伸出很多的樹(shù)枝和無(wú)窮多的樹(shù)葉，也就是依靠這一核心技術(shù)可以開(kāi)發(fā)出很多技術(shù)分支， 每一技術(shù)分支又可以開(kāi)發(fā)出許多不同的產(chǎn)品。

基于這樣的認(rèn)識(shí)， 我們先去解決樹(shù)干的問(wèn)題。 在利用國(guó)家科技攻關(guān)的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)把其中一個(gè)分支的產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題解決后，我們迅速推出了產(chǎn)品。通過(guò)市場(chǎng)推廣， 把核孔膜技術(shù)先從一個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用起來(lái)，然后我們就可以從市場(chǎng)源源不斷地獲取資金，這部分資金我們沒(méi)有用來(lái)大規(guī)模發(fā)放獎(jiǎng)金，而是投入研發(fā)。 通過(guò)這樣的方式只要我們有了好的想法，就可以做出快速反應(yīng)，直接組織力量開(kāi)展研發(fā)，而不用走繁瑣的項(xiàng)目申請(qǐng)流程。可以這樣說(shuō)， 核孔膜是在國(guó)家給了第一口糧食后，通過(guò)兩代清華人的努力慢慢成長(zhǎng)起來(lái)，并逐漸發(fā)展成為我國(guó)擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心膜技術(shù)。

您如何看待核孔膜技術(shù)未來(lái)的發(fā)展？

王玉蘭：核孔膜應(yīng)用領(lǐng)域和可能會(huì)發(fā)揮的科技價(jià)值，還沒(méi)有被大眾廣泛關(guān)注。核孔膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)化是清華團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)兩代人，很多年的開(kāi)發(fā)一步一步摸索出來(lái)，因近年來(lái)人們對(duì)科技及環(huán)保的需求而被大眾了解，而真正想讓這項(xiàng)技術(shù)造福更多有需求的人，還在于核孔膜技術(shù)與各類相關(guān)企業(yè)的群策群力。我們由衷希望有需求的科研機(jī)構(gòu)、規(guī)模企業(yè)，能一起對(duì)核孔膜這項(xiàng)，由我國(guó)**國(guó)際的科學(xué)技術(shù)，展開(kāi)廣泛的應(yīng)用研究，從而推動(dòng)核孔膜技術(shù)的不斷發(fā)展，用科技造福桑梓。