“20cm的操作過(guò)程”大揭秘！

知道嗎？納米，這個僅爲量尺十(shí)億分之一米的小小空間内，竟然潛藏了無限的可(kě)能(néng)。這就(jiù)不得(dé / de / děi)不說到今天(tiān)的主題，東芝的納米技術了。一直以來，“納米纖維”都是各大報道中備受人們關注的熱詞之一。但與其(qí)受關注程度相比，納米纖維的世界卻并不爲大多數人所(suǒ)知曉。想知道如(rú)此纖細的納米纖維是如(rú)何被制造出來的嗎？此次，我們邀請到了東芝的納米技術專家(jiā)植松育生(shēng)先生(shēng)。在東芝，他主要(yào / yāo)負責納米纖維技術的研發(fā／fà)工作，專攻“靜電紡絲技術（ES技術）”。就(jiù)讓他帶着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)我們走進納米科技的殿堂，一起來感受納米纖維和ES技術的魅力所(suǒ)在吧！

株式會(huì)社東芝 研究開發(fā／fà)本部 生(shēng)産技術中心
材料·元器件程序技術研究部　植松育生(shēng)先生(shēng)

一、靜電紡絲技術是什麽？

納米纖維一般是指直徑在1nm～100nm之間、長度爲直徑的100倍或以上的纖維狀物質。能(néng)制成纖維狀的材料各種各樣，如(rú)尼龍、纖維素等，它們以“極細”這一特性支撐着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)我們的日常生(shēng)活。

納米纖維

“比較容易理解的應用(yòng)範例是過(guò)濾器，如(rú)空氣淨化器和水處理設備。由于(yú)納米纖維不易受空氣和水的影響，因此很适合用(yòng)于(yú)過(guò)濾器。

還有可(kě)充電電池。我最初直接接觸到納米纖維，就(jiù)是以東芝SCiB™的充電電池事(shì)業爲契機的。那(nà)時我們考慮的是能(néng)否将納米纖維應用(yòng)于(yú)SCiB™。分離器¹是生(shēng)産充電電池不可(kě)或缺的材料。如(rú)果能(néng)把分離器換成極薄的納米纖維膜，就(jiù)能(néng)夠提高（電池的）容量了。”（植松先生(shēng)）
1：分離器是使兩個電極之間絕緣、防止發(fā／fà)生(shēng)短路的材料。

以極薄的納米纖維膜替代分離器，SCiB™的容量得(dé / de / děi)到大幅提高

從此，植松先生(shēng)開始關注ES技術。他向我們詳細解釋了該技術的原理。

“首先，将需要(yào / yāo)納米纖維化的材料溶解成溶液放置到針狀噴嘴上，再施加高壓到針狀噴嘴上，使得(dé / de / děi)噴嘴中的溶液與待塗敷的基底材料之間産生(shēng)電位差。這樣，力就(jiù)自(zì)然而(ér)然地從噴嘴轉移到了基底材料上，噴嘴中的溶液也就(jiù)噴向了基底材料。在這個放電過(guò)程中，溶劑²蒸發(fā／fà)、重量減少、而(ér)邊緣逐漸增大，基底材料上便形成了納米纖維。”（植松先生(shēng)）
2：制作溶解物質的溶液所(suǒ)使用(yòng)的液體。

施加了高電壓的噴嘴噴出溶液，形成納米纖維

一直以來，在ES技術的研發(fā／fà)工作中，制作更均勻、更纖細的纖維膜是主流。但是，過(guò)于(yú)追求這些會(huì)導緻生(shēng)産成本劇增。因此，ES技術研發(fā／fà)大多停留在研究方面，量産方面的實際應用(yòng)則相對(duì)較少。

對(duì)此，植松先生(shēng)轉換了思路。

“爲了應用(yòng)到SCiB™，我們不過(guò)分追求細度、均勻性，而(ér)是考慮能(néng)否獲得(dé / de / děi)批量生(shēng)産專用(yòng)的高速制備技術。這是一個新的研發(fā／fà)領域，研發(fā／fà)過(guò)程并不容易。但是，這個不知道能(néng)否成功的研發(fā／fà)項目卻得(dé / de / děi)到了領導們的積極支持，在推進SCiB™業務的過(guò)程中我也結識了很多志同道合的同事(shì)。此後(hòu)，我們組成了同甘共苦的研發(fā／fà)團隊，同時也是互相支持的好夥伴。”（植松先生(shēng)）

二、極簡技術的複雜過(guò)程

ES技術隻要(yào / yāo)設置材料、施加電壓便能(néng)夠形成納米纖維。從這個意義上來說，它是極爲簡單的技術。更何況，噴頭與塗敷的基底材料之間僅有20cm～30cm。但是，就(jiù)是在這僅20cm的空間内，溶液如(rú)何飛濺、如(rú)何從液體變爲固體的納米纖維，這個過(guò)程卻驚人的複雜，難以解釋。

“将ES技術應用(yòng)于(yú)産品，需要(yào / yāo)使用(yòng)多個噴嘴、高速形成納米纖維。但是，如(rú)果增加噴嘴，那(nà)麽分别施加的電壓會(huì)互相幹擾，無法形成均勻的納米纖維。隻有徹底了解這“20cm的過(guò)程”，才能(néng)夠穩定地批量生(shēng)産納米纖維。”（植松先生(shēng)）

當然，研發(fā／fà)之初我們也沒少吃苦頭。

“很多非研發(fā／fà)團隊的人員支持我們的工作，來看實驗裝置的人也不少。但是制成的纖維與實用(yòng)化要(yào / yāo)求相距甚遠。有時我們也會(huì)擔心“真的能(néng)制成嗎？”，“裝置的狀态沒事(shì)吧？”，孤單、焦躁、難爲情、過(guò)意不去(qù)等各種情緒交織在一起……”（植松先生(shēng)）

雖然很難，但同伴們一如(rú)既往的支持植松先生(shēng)。

“除了SCiB™事(shì)業部門的戰友，很多具有專業技能(néng)的新成員也加入到了研發(fā／fà)團隊中。集結了來自(zì)各個專業領域的智慧精英，我們從印刷機的噴墨研發(fā／fà)³經驗出發(fā／fà)，将ES技術中的飛濺情景用(yòng)高速攝像機進行(háng / xíng)了拍攝，通過(guò)分析、數據化處理，對(duì)20cm的過(guò)程進行(háng / xíng)了詳細研究。”（植松先生(shēng)）
3：噴墨研發(fā／fà)時，使用(yòng)高速攝像機對(duì)墨水是如(rú)何飛濺的情景進行(háng / xíng)了拍攝、分析、數據化處理。

根據施加電壓的大小、噴嘴和塗敷的基底材料之間的微妙距離、材料和基底材料的類型等不同因素，這20cm中的過(guò)程也各有不同。我們的關注點之一就(jiù)是飛濺的角度。相對(duì)于(yú)塗敷的材料，越接近着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)陸，飛濺中的溶液漩渦的角度越小（逐漸減少），因此我們可(kě)将角度的變化用(yòng)數值表示。

我們的另一個關注點是飛濺的速度。借助高速攝像機的拍攝和分析，我們弄清了飛濺的角度、速度和各種因素之間的關聯性，這成爲了我們實現量化生(shēng)産的突破口。

對(duì)飛濺角度、速度的拍攝和分析，讓實現量産化的步伐大幅加快

“今年(nián)，将ES技術應用(yòng)于(yú)SCiB™充電電池的試制終于(yú)成功了！從産生(shēng)研發(fā／fà)構想的2012年(nián)至今，已有六年(nián)的時間。正式研發(fā／fà)則經過(guò)了四年(nián)。一直以來，我們都堅信‘SCiB™事(shì)業的開展，需要(yào / yāo)更多的人才加入’，所(suǒ)以當試制成功的那(nà)一刻大家(jiā)無比的喜悅。”（植松先生(shēng)）

一直以來，ES技術都很難應用(yòng)于(yú)實際生(shēng)産。通過(guò)植松先生(shēng)等人的研發(fā／fà)成果，ES技術衍生(shēng)出的超細納米級纖維無疑會(huì)改變這個廣闊無邊的世界。

查看ES技術實驗裝置的植松先生(shēng)