石墨烯負(fù)氧離子海島超纖新材料市場應(yīng)用與展望

張哲 黃松梅 李少華 吳仲廣

21世紀(jì)以來，我國汽車工業(yè)有了長足發(fā)展，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2017年我國汽車產(chǎn)銷量分別為2 901.5萬輛和2 887.9萬輛。其中，乘用車產(chǎn)銷量分別為2 480.7萬輛和2 471.8萬輛，轎車在17年時間增長了近40倍。2018年出現(xiàn)下滑，2019年更遇到了美國“單邊主義”下的全球經(jīng)濟(jì)下行，多米諾效應(yīng)導(dǎo)致整體汽車市場寒冬降臨。

進(jìn)入2019年1月份，汽車銷量明顯下滑，各大主機(jī)廠使出渾身解術(shù)來提供銷量。為提振市場，行業(yè)普遍認(rèn)為技術(shù)創(chuàng)新是各主機(jī)廠當(dāng)前必抓的大事，而創(chuàng)新不僅需要進(jìn)行跨界思維，更要有戰(zhàn)略性和前瞻性研究。

汽車內(nèi)飾設(shè)計的創(chuàng)新一直是主機(jī)廠設(shè)計師改變思路的首選科目，而內(nèi)飾材料的創(chuàng)新首當(dāng)其中。2019年4月，第十八屆上海國際汽車工業(yè)展覽會不僅展示了大量類麂皮的應(yīng)用，而且也出現(xiàn)了眾多跨界產(chǎn)品遍地開花，僅汽車內(nèi)飾皮革新材料一項就有透光革、恒溫革、溫變革、變色革、3D革、光影革、波導(dǎo)革、智能革、石墨烯負(fù)氧離子革、無溶劑革等眾多內(nèi)飾新品亮相。其中，負(fù)氧離子皮革新材料無疑成為未來提升汽車內(nèi)空氣質(zhì)量的亮點，同時也憑借“個性需求的中高端產(chǎn)品”營造健康車這一賣點，受到廣泛關(guān)注。

1 負(fù)氧離子產(chǎn)生原理及作用

眾所周知，負(fù)氧離子來自于空氣，而空氣中主要成分是氮氣、氧氣、二氧化碳、水蒸氣和惰性氣體等。占空氣成分78%的氮氣相對穩(wěn)定，不容易被激發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，惰性氣體更難以產(chǎn)生化學(xué)變化，因此所謂負(fù)氧離子基本都是空氣中的氧氣受到激發(fā)，帶負(fù)電而產(chǎn)生的負(fù)氧離子，簡稱“負(fù)氧離子”。

自然界中負(fù)氧離子產(chǎn)生多是因為宇宙射線、紫外線、放射線輻射、高壓雷電、水流沖擊、光合作用等。負(fù)離子越高的地方空氣質(zhì)量越高，一般空氣等級越高的地方，負(fù)氧離子含量也越高。由于負(fù)電荷可以提高人體血液中的氧含量、使人安靜，有利于身體免疫系統(tǒng)提高；帶負(fù)電荷的負(fù)氧離子能夠促進(jìn)細(xì)胞活化，促進(jìn)新陳代謝，維護(hù)離子的平衡；能夠保持體液弱堿性，達(dá)到抗氧化，分解乳酸，促進(jìn)自愈力。相比而言，正電荷會使人體血液含氧量減少，易刺激人興奮，免疫系統(tǒng)下降，不利于身體健康。

在日常居住的房間里，長時間運轉(zhuǎn)的空調(diào)會產(chǎn)生大量正電荷，負(fù)氧離子含量則較少，所以長時間在空調(diào)房間里，人們會有疲勞感，這就是所謂的“空調(diào)病”，正是正電荷“作祟”的結(jié)果。負(fù)氧離子因為帶有電子，有還原作用，可以和甲醛反應(yīng)生產(chǎn)二氧化碳和水，故對室內(nèi)空氣和車內(nèi)空氣去除甲醛效果明顯，根據(jù)國檢報告，項目產(chǎn)品可以實現(xiàn)甲醛去除率80%以上。

近年來汽車內(nèi)空氣質(zhì)量已經(jīng)提到議事日程。2011年，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局參與制定了《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》，從而對汽車內(nèi)的空氣質(zhì)量提出了新要求。

2 人工合成的負(fù)氧離子超纖新材料

改善車內(nèi)空氣質(zhì)量，必須采用環(huán)保的內(nèi)飾材料和環(huán)保的制作工藝，制作工藝確保對于材料產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)行后去除，這些都是擺在環(huán)保質(zhì)量工程師面前的任務(wù)，而采用負(fù)氧離子新材料技術(shù)可以幫助質(zhì)量工程師解決此問題，人工負(fù)氧離子合成材料因此得到快速發(fā)展。

由于自然界中的負(fù)氧離子離人的生活區(qū)比較遠(yuǎn)，無法隨意獲得。為改善人們生活質(zhì)量，現(xiàn)實生活中如果想得到更多的負(fù)氧離子，多數(shù)都是采用人工方法：利用人工合成材料來激發(fā)空氣產(chǎn)生負(fù)氧離子，“負(fù)氧離子新材料行業(yè)”也因此產(chǎn)生。

負(fù)氧離子新材料產(chǎn)生原理和制作方式不同，放射性問題也千差萬別，不可一味追求負(fù)氧離子的產(chǎn)生量，而忽略材料的輻照問題。人工合成方法絕大多數(shù)都是采用具有放射性的礦石材料激發(fā)空氣產(chǎn)生，因此放射性元素產(chǎn)生的輻射是制約能否批量應(yīng)用的關(guān)鍵，而放射性元素限量標(biāo)準(zhǔn)是懸在每一個負(fù)離子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)頭上的利劍，負(fù)氧離子材料必須滿足現(xiàn)有國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)——GB 6566—2010。

那么放射性元素一旦超標(biāo)有何危害呢？放射性物質(zhì)超過一定標(biāo)準(zhǔn)就一定會造成危害。研究證明，有負(fù)氧離子激發(fā)功能的建筑裝飾材料用于室內(nèi)、車內(nèi)的裝飾，放射性超標(biāo)會直接影響消費者特別是兒童、老人和孕婦的身體健康，使人體免疫系統(tǒng)受損害，主要體現(xiàn)在2方面，即體內(nèi)輻射與體外輻射。

目前市場上出現(xiàn)的負(fù)氧離子材料產(chǎn)品基本有3種。第1種材料沒有負(fù)氧離子也沒有輻射，只是宣傳含有負(fù)氧離子激發(fā)釋放，屬于明顯的假冒產(chǎn)品；第2種材料有負(fù)氧離子激發(fā)釋放，但是放射性輻照和重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，屬于劣質(zhì)產(chǎn)品；第3種是材料負(fù)氧離子激發(fā)釋放比較穩(wěn)定，放射性輻射不超標(biāo)或無內(nèi)輻射，但是這種合格材料需要到資質(zhì)齊全且正規(guī)工廠或單位才能買到，相對價格比較高。

3 石墨烯負(fù)氧離子超纖新材料

天守（福建）超纖科技股份有限公司（簡稱“天守超纖”）采用的負(fù)離子激發(fā)劑是以極性稀土材料作為主激發(fā)源，采用石墨烯材料作為催化劑，使其激發(fā)強(qiáng)度增大，不產(chǎn)生γ射線或及α射線（內(nèi)輻射主要是γ射線所造成），沒有內(nèi)輻射即內(nèi)輻射為0，經(jīng)國標(biāo)GB/T 28628—2012檢測材料誘生空氣負(fù)氧離子量為6.81×107ions/（s·m2），甲醛去除率達(dá)到80%以上，相當(dāng)于森林中瀑布附近的負(fù)氧離子量。

因其極性材料表面帶有永久性的0.02mA微弱電流，會在極性材料微小顆粒的兩極形成類似磁場的流離電子層。眾所周知，磁性物質(zhì)體積越大磁場越強(qiáng)，而極性材料確恰恰相反，粒徑越小流離電子層的電離效果越好。加之氮氣屬于惰性氣體、它雖然占空氣成分的70%以上，但不會被流離電子電離。氧則屬于活性氣體、有強(qiáng)大的氧化性，氧原子攜帶一個或多個負(fù)電荷是負(fù)氧離子形成的2個必要條件。至于產(chǎn)生周期，因為激發(fā)負(fù)電荷的形成流離電子層的射線為β射線、其半衰期極為漫長、碳同位素檢測為13萬年左右，所以負(fù)氧離子的激發(fā)釋放是附著體不滅失，負(fù)氧離子就會持續(xù)被激發(fā)釋放。

目前，國際通用的輻照強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)單位為希沃特（Sv）、毫希沃特（mSv）、微希沃特（μSv）。每個國家依照本國所處的地理位置的不同，規(guī)定生產(chǎn)或進(jìn)口商品的輻照強(qiáng)度也不一樣，一般規(guī)定為2～6mSv。以歐盟為例，其規(guī)定國家公民每年所承受的輻照強(qiáng)度為不高于2mSv，按照以上標(biāo)準(zhǔn)，材料表面的輻照強(qiáng)度不得超過0.23μSv，如果按0.22μSv/h×24h×365天=1927.2μSv=1.927mSv<2mSv，則滿足標(biāo)準(zhǔn)；如果按0.23μSv/h×2 4 h×3 6 5天= 2 0 1 4 . 8μS v = 2.014mSv>2mSv則不符合標(biāo)準(zhǔn)。

圖1是市場上銷售的負(fù)氧離子材料輻射性和筆者團(tuán)隊自主創(chuàng)新石墨烯超纖新材料的輻射對比情況，石墨烯超纖新材料可以保證材料激發(fā)每立方厘米釋放1萬個負(fù)氧離子沒有內(nèi)輻射，而外輻射不超過0.5μSv，而市場上多數(shù)負(fù)氧離子粉劑制作的新材料雖然也有負(fù)氧離子幾千個，但是輻射會超過到標(biāo)準(zhǔn)要求的幾倍甚至10倍以上，危害性很大。

通常購買負(fù)氧離子材料時，其負(fù)氧離子檢測和輻射檢測結(jié)果需要體現(xiàn)在同一個報告中，這樣能夠確保該檢測結(jié)果數(shù)據(jù)來自于同一材料，

天守超纖的系列負(fù)氧離子激發(fā)超纖新材料本以優(yōu)異的測試數(shù)據(jù)已經(jīng)贏得眾多消費者的認(rèn)可，可以確保每立方厘米空間穩(wěn)定激發(fā)5 000個以上負(fù)氧離子，不僅在汽車后市場和改裝車得到大力推廣，也在家裝賓館軟包裝領(lǐng)域得到逐步推廣。面對主機(jī)市場，針對車內(nèi)空氣質(zhì)量展望未來，天守超纖將以負(fù)氧離子超纖新材料為核心融入更多的具有特殊屬性的高分子材料，助力中國汽車空氣質(zhì)量提升，營造健康車，為功能性材料的發(fā)展，讓廣大民眾徹底用上安全、高效的負(fù)氧離子產(chǎn)品為己任。

4 結(jié)語

相信在不久的未來，隨著人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，對車內(nèi)空氣質(zhì)量的重視程度也越來越強(qiáng)，石墨烯負(fù)氧離子超纖新材料必將在中高端的汽車內(nèi)飾項目上得到廣泛應(yīng)用，更多地服務(wù)主機(jī)廠，幫助環(huán)境工程師解決更多空氣質(zhì)量問題，更好地服務(wù)于汽車行業(yè)，助力汽車內(nèi)飾行業(yè)走向個性化、功能化、生態(tài)化轉(zhuǎn)型升級，為人類美好出行提供支持。