核，給人的第一印象往往是威懾、恐怖、不可接近，提起核技術想到的是核導彈、核潛艇這些軍用裝備，即便核電技術已經廣泛應用于能源領域，但離我們日常生活似乎依然很遙遠。將核技術應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家，默默耕耘二十余年，致力于探索核技術在薄膜材料的應用，她實現了核孔膜從研發到工程再到產業化的轉變。如今核孔膜技術已經應用于日常生活的各個領域，本期的對話，讓我們一起來了解清華大學高級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濾器的應用

目前的醫用輸、注器具過濾材料市場存在著過濾孔徑不達標，過濾材料纖維脫落造成二次污染等問題。

傳統的核孔膜雖然具有過濾孔徑可控，但其最大的缺點就是過濾時納污能力差，容易堵塞。針對這一問題，王玉蘭團隊在傳統核孔膜的基礎上研發了非對稱核孔膜，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。目前非對稱核孔膜已經廣泛應用于大輸液終端精密過濾器。

核孔膜在飲用水凈化的應用

不安裝凈水器的飲用水含有水垢，甚至許多有害物質，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。

王玉蘭博士帶領的研發團隊經過對傳統核孔膜技術的改良，研發出可以直接用于開水過濾的全新核孔膜過濾濾芯。

據王玉蘭介紹，經過多次實驗證明，用一定參數核孔膜過濾煮沸后的水，過濾后的水總硬度、氟化物及總有機碳TOC指標明顯下降；截留在膜表面的濾餅中含有對人體危害顯著的重金屬，如幾次都檢測到的鋁、鉛、鋇、錳、汞、鎘、鉻等；過濾后水中仍含有對人體有益的微量元素，且比例未見明顯變化。

核孔膜在空氣凈化的應用

霧 霾是在空氣中懸浮的灰塵、硫酸、硝酸、有機化合物等粒子，這些粒子的空氣動力學直徑都在2.5微米以下，傳統的紗窗網孔尺寸大約為1毫米，對于2.5微米以下的微粒來說，相當于一粒子彈穿過足球門一樣，毫無障礙。

針對霧 霾的這一特性，王玉蘭博士與其團隊研發的核孔膜紗窗，通過控制核孔膜的孔徑大小，在保持空氣暢通的同時隔絕PM2.5，實現了室內空氣的有效凈化。

王玉蘭博士在檢查設備

了解了核孔膜在日常生活的應用，到底什么是核孔膜？王玉蘭博士親自答疑解惑。

核孔膜技術是什么？

王玉蘭：核孔膜是一種多孔的薄膜材料，制作過程分兩步。第一步用大型的核設施，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，在原子核走過的路徑上就會形成輻射損傷，直徑約幾個納米。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納米的小孔。當把這樣的薄膜放到化學試劑蝕刻時，即可把薄膜上的輻射損傷通道變成直通微孔。通過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。

核孔膜的化學性能很好、溫度性能也很好。它有三個主要特點，一個是孔密度可控，可以做到從1平方厘米1個小孔到100億個小孔。第二是孔徑均一，所有的小孔直徑大小都一樣，因為原子核加速的時候就是單一能量、單一質量， 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，從幾個納米到幾十個微米，跨越了肉眼不可見的四個數量級，引申出許多應用。

孔徑均一、孔型規則（直通微孔結構）、孔密度和孔徑可精確獨立控制且參數范圍廣是核孔膜最為顯著的特點，這些特點決定了核孔膜在許多領域的應用較其它微孔膜技術而言具有無可比擬的優勢。

核孔膜在產業化技術有哪些突破？

王玉蘭：實際上在輻照技術上走了三個里程碑，第一個里程碑是突破了反應堆產業化輻照技術，第二步是更新了加速器的輻照技術；第三步是解決了輻照參數的穩定性，使得我們的膜性能穩定性變得非常好，就是輻照的密度的穩定性，因為一旦做產品穩定就是關鍵因素。

在蝕刻技術方面，經過幾十年的艱辛探索和努力，在國際上率先解決了非對稱核孔膜的產業化蝕刻工藝，并實現了大規模量產，迄今為止國際上也只有我們做到了非對稱核孔膜的量產供應。這一技術問題的解決**拓展了核孔膜的應用領域。

非對稱核孔濾膜是目前世界上最先進的核微孔過濾膜，過濾性能指標遠高于美國和俄羅斯產品。這一技術上的突破，不僅使核孔濾膜有可能在大規模工業化生產中得到應用，如電子工業的超純水制備、制藥工業的無菌水制備，食品工業中啤酒過濾、牛奶過濾等，還可使核孔膜在0.1μm以下的精密過濾方面與其它濾膜具有明顯競爭優勢。

經過多年研究開發，不僅掌握了核孔膜產業化核心技術，還取得了多項原創性科技成果，部分已經實現產業化并將產品推向市場，取得了良好的社會效益和經濟效益。

產業化轉換過程中遇到了哪些困難？

王玉蘭：遇到的困難非常多，最大的問題還是產業化技術開發中的工藝問題，比如我們在做這種非對稱膜的技術開發時，當我們在實驗室操作都沒問題，一上產業線就出問題了，后來我們通過反復試驗，耗費長達一年的時間，最后發現是材料選擇環節出現的問題。這個材料在我們后期的制作過程中，會帶來很多的干擾因素，我們需要一個一個因素去排除。

所以它是一個從簡到繁，然后再從繁到簡的一個過程，就跟我們讀書一樣，一開始你認為小學生知識就這么點，但是它越讀越多，真正當你讀到學霸級別，高考的時候，像數學可能腦子里就剩下三張紙的公式和定理，這時候任何考試都考不倒你了，原因就是你對知識掌握透了。所以研發以及產業化的過程也是這樣一個過程，從簡到繁，從繁到簡。

我覺得任何一個產品都不簡單，在整個產業化過程里都需要大批的技術人員解決各個方面的很多細節問題。日本和德國為什么工業產品比我們中國人做的好，我在這兩個國家學習和工作過，他們任何一個細節問題都不會放過的做事態度給我留下了非常深刻的印象。把任何細節問題都要搞透徹，只有這樣，產品質量才能非常穩定。

產業化過程有哪些值得借鑒的經驗？

王玉蘭：回過頭來看，我覺得我們走的一條正確的道路是研發不完全依賴國家投入。我們一開始就意識到核孔膜是項核心技術，拿樹做比喻，核孔膜技術是樹干，在這個樹干上可以延伸出很多的樹枝和無窮多的樹葉，也就是依靠這一核心技術可以開發出很多技術分支， 每一技術分支又可以開發出許多不同的產品。

基于這樣的認識， 我們先去解決樹干的問題。 在利用國家科技攻關的項目經費把其中一個分支的產業化問題解決后，我們迅速推出了產品。通過市場推廣， 把核孔膜技術先從一個領域應用起來，然后我們就可以從市場源源不斷地獲取資金，這部分資金我們沒有用來大規模發放獎金，而是投入研發。 通過這樣的方式只要我們有了好的想法，就可以做出快速反應，直接組織力量開展研發，而不用走繁瑣的項目申請流程。可以這樣說， 核孔膜是在國家給了第一口糧食后，通過兩代清華人的努力慢慢成長起來，并逐漸發展成為我國擁有多項自主知識產權的核心膜技術。

您如何看待核孔膜技術未來的發展？

王玉蘭：核孔膜應用領域和可能會發揮的科技價值，還沒有被大眾廣泛關注。核孔膜技術產業化是清華團隊經過兩代人，很多年的開發一步一步摸索出來，因近年來人們對科技及環保的需求而被大眾了解，而真正想讓這項技術造福更多有需求的人，還在于核孔膜技術與各類相關企業的群策群力。我們由衷希望有需求的科研機構、規模企業，能一起對核孔膜這項，由我國**國際的科學技術，展開廣泛的應用研究，從而推動核孔膜技術的不斷發展，用科技造福桑梓。