科幻片里的“液體門(mén)”，現(xiàn)在被中國(guó)科學(xué)家用在空氣凈化上——廈大侯旭教授團(tuán)隊(duì)首次運(yùn)用“液體門(mén)控技術(shù)”，打通現(xiàn)有空氣凈化的技術(shù)痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣高效過(guò)濾，使得細(xì)菌、顆粒物完美被吸附，為空氣凈化器的設(shè)計(jì)提供了全新的思路。

　　這一成果發(fā)表在北京時(shí)間26日23時(shí)上線的世界頂級(jí)科學(xué)雜志《自然》上。廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生張運(yùn)茂為論文的第一作者，通訊作者是廈大化學(xué)化工學(xué)院、物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院雙聘教授侯旭，論文得到西北工業(yè)大學(xué)臧渡洋團(tuán)隊(duì)的支持。

　　空氣污染對(duì)人類(lèi)威脅越來(lái)越大，空氣過(guò)濾凈化系統(tǒng)比任何時(shí)候更重要，它多由多層纖維膜或多孔材料組成的過(guò)濾膜單元構(gòu)成。不過(guò)，它有致命點(diǎn):空氣凈化系統(tǒng)的“門(mén)”是固體材料，微小物質(zhì)穿過(guò)時(shí)，常常把它們中的“胖子”卡住了，讓其進(jìn)出不得，久而久之，“胖子”堆積如山，過(guò)濾的膜材料就會(huì)被污染或堵塞。

　　侯旭團(tuán)隊(duì)運(yùn)用“液體門(mén)控技術(shù)”來(lái)解決空氣凈化器的痛點(diǎn)。39歲的侯旭是“液體門(mén)控技術(shù)”發(fā)明人，他被稱(chēng)為“玩水”的科學(xué)家。

　　科幻電影《星際之門(mén)》里，人類(lèi)通過(guò)液態(tài)星門(mén)，來(lái)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)在宇宙的瞬間傳送。但是，液體真能做門(mén)嗎？

　　侯旭說(shuō)，宏觀尺度下的確不行，但是，微觀世界里是可獲得液體門(mén)，而且關(guān)上液體門(mén)，城里的沖不出來(lái)，城外的也殺不進(jìn)來(lái)，打開(kāi)門(mén)時(shí)暢通無(wú)阻，不留殘?jiān)?/p>

　　但是，把“液體門(mén)控”運(yùn)用到空氣凈化技術(shù)，面臨很多挑戰(zhàn)。侯旭團(tuán)隊(duì)此次成果就是在這些方面取得了系列重要突破。侯旭說(shuō)，這是一項(xiàng)“土生土長(zhǎng)”的科學(xué)研究。

　　侯旭說(shuō)，此次空氣凈化應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作，是液體門(mén)控的又一提升——其核心突破在于解開(kāi)了流動(dòng)的液體作為結(jié)構(gòu)與功能材料去實(shí)現(xiàn)微泡三相界面上（氣液固）的高效傳質(zhì)難題，而且，由于換成液體門(mén)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物處理量的數(shù)量級(jí)提升，從而在提高凈化效率的同時(shí)也提高了凈化器的塵容量。

　　侯旭認(rèn)為，目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有很好的空氣凈化系統(tǒng)液體門(mén)控的技術(shù)儲(chǔ)備，就等著業(yè)界伸出手來(lái)“接”。

　　【解讀】

　　現(xiàn)在的空氣凈化系統(tǒng)不完美在哪里？

　　侯旭團(tuán)隊(duì)的研究成果的意義，要從空氣污染說(shuō)起。

　　人類(lèi)越來(lái)越面臨污染的挑戰(zhàn)，持續(xù)不斷的霧霾天氣，使呼吸道疾病患者爆發(fā)性的增長(zhǎng)，也造成經(jīng)濟(jì)、社會(huì)問(wèn)題，其中，顆粒物濃度是空氣污染的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

　　目前，去除這些顆粒物最有效的方法是空氣過(guò)濾凈化系統(tǒng)，它多由多層纖維膜或多孔材料組成的過(guò)濾膜單元構(gòu)成。然而，由于顆粒在其表面和內(nèi)部孔隙的堆積，這些過(guò)濾單元將不可避免地遭受堵塞問(wèn)題，其表面的容塵能力從根本上限制了這類(lèi)過(guò)濾裝置的效率和使用壽命。

　　侯旭解釋說(shuō)，現(xiàn)在空氣凈化系統(tǒng)的“門(mén)”大多是固體材料，在微小物質(zhì)穿過(guò)時(shí)，常常把它們中的“胖子”卡住了，讓其進(jìn)出不得，久而久之，“胖子”堆積如山，過(guò)濾的膜材料就會(huì)被污染或堵塞，這同樣也是我們?cè)谒幚怼⒑Ｋ薪?jīng)常碰到的污染難題。

　　因此，科學(xué)家們面臨的任務(wù)是:如何開(kāi)發(fā)凈化效率高、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)需復(fù)雜維護(hù)的凈化系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)行業(yè)的痛點(diǎn)。

　　液體真能做成門(mén)？

　　侯旭團(tuán)隊(duì)發(fā)表的最新論文顯示，他們運(yùn)用“液體門(mén)控技術(shù)”來(lái)解決空氣凈化器的痛點(diǎn)。這里有背景:39歲的侯旭是“液體門(mén)控技術(shù)”發(fā)明人，他被稱(chēng)為“玩水”的科學(xué)家。

　　科幻電影《星際之門(mén)》里，人類(lèi)通過(guò)液態(tài)星門(mén)，來(lái)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)在宇宙的瞬間傳送。但是，液體真能做門(mén)嗎？

　　侯旭說(shuō)，在宏觀尺度下，液體由于受到重力、離心力等的影響，不停流動(dòng)，的確無(wú)法固定。但是，在微觀世界里，通過(guò)在一些固體支架上設(shè)計(jì)多孔結(jié)構(gòu)形成門(mén)框，利用毛細(xì)力作用，將液體能夠穩(wěn)定地存在于微孔里面，即可獲得液體門(mén)。而且，在壓力的梯度下，它就能實(shí)現(xiàn)可逆開(kāi)關(guān)的功能——相當(dāng)于壓力是一把鑰匙，在合適的鑰匙（壓力）下，液體門(mén)就可以開(kāi)和關(guān)。當(dāng)液體門(mén)關(guān)時(shí)，就連氣體分子也無(wú)法通過(guò)，但在特定的壓力作用下，液體門(mén)打開(kāi)時(shí)，物質(zhì)就能順利通過(guò)。

　　用大白話說(shuō)，侯旭提出的液體門(mén)，由于液體的表面具有分子級(jí)的光滑，整個(gè)表面沒(méi)有任何縫隙與缺陷，因此，關(guān)上液體門(mén)，城里的沖不出來(lái)，城外的也殺不進(jìn)來(lái)，而打開(kāi)門(mén)時(shí)暢通無(wú)阻，不留殘?jiān)６?ldquo;液體門(mén)”對(duì)壓力很敏感，靈敏度較高，開(kāi)關(guān)迅速自如。

　　侯旭團(tuán)隊(duì)的成果“新”在哪里？

　　液體門(mén)這么香，但是，把“液體門(mén)控”運(yùn)用到空氣凈化技術(shù)，面臨很多挑戰(zhàn)，例如如何設(shè)計(jì)獲得固體材料和門(mén)控液體上面具有可控的固液界面，還有門(mén)控液體和污染空氣上面具有功能的液氣界面，如何實(shí)現(xiàn)響應(yīng)性液門(mén)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性，如何產(chǎn)生均勻的微泡，以及如何控制微泡三相界面上的高效傳質(zhì)問(wèn)題等。

　　侯旭團(tuán)隊(duì)的研究就是在這些方面取得了系列重要突破。

　　侯旭說(shuō)，此次空氣凈化應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作，是液體門(mén)控的又一提升——其核心在于將表面潤(rùn)濕性可調(diào)的電化學(xué)多孔膜作為固體骨架，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)門(mén)控液體作為結(jié)構(gòu)與功能材料，利用電化學(xué)調(diào)控固-液界面的物理化學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微氣泡尺寸的控制，并通過(guò)調(diào)控顆粒物與功能液體之間的相互作用，進(jìn)而控制空氣-水界面上的物質(zhì)高效傳遞行為。

　　也就是說(shuō)，該方法突破液體作為結(jié)構(gòu)與功能材料如何實(shí)現(xiàn)高效傳質(zhì)的難題—— 液體門(mén)將傳統(tǒng)固體材料對(duì)污染物過(guò)濾所使用的有效表面積，轉(zhuǎn)換成液體材料對(duì)污染物過(guò)濾吸收的有效體積，這樣做的其中一個(gè)好處是，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物處理量的數(shù)量級(jí)提升，從而在提高凈化效率的同時(shí)也提高了凈化器的塵容量。

　　此外，利用門(mén)控液體作為主要過(guò)濾材料，可以通過(guò)管路連接、自動(dòng)化、程序化控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)免維護(hù)、高效、低成本的系統(tǒng)運(yùn)行，而且可以按照需要設(shè)計(jì)功能液體，賦予空氣凈化液門(mén)系統(tǒng)能夠適合特定的凈化需求，如抗菌能力、對(duì)氣味和有害氣體污染物的去除能力，以及耐腐蝕能力等。

　　換句話說(shuō)，該空氣凈化系統(tǒng)可結(jié)合人工智能技術(shù)、微流控技術(shù)等集成應(yīng)用，有望實(shí)現(xiàn)多種功能液體的快速調(diào)節(jié)，滿足未來(lái)不同環(huán)境下的空氣凈化需求。

　　家里的空氣凈化系統(tǒng)何時(shí)能用上液體門(mén)？

　　那么，實(shí)驗(yàn)室的科研成果距離產(chǎn)品還有多遠(yuǎn)？

　　侯旭認(rèn)為，目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有很好技術(shù)儲(chǔ)備，就等著業(yè)界伸出手來(lái)“接”。

　　據(jù)介紹，這一研究成果不僅能用在空氣凈化上，這種基于液基材料用于多相界面物質(zhì)傳輸行為的門(mén)控機(jī)制，也將有助于推動(dòng)物質(zhì)的微量檢測(cè)技術(shù)如病毒、細(xì)菌、毒品、重金屬離子等，將促進(jìn)微型反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)及催化、乳化、制藥等領(lǐng)域的研究和發(fā)展，在環(huán)境治理、節(jié)能膜材料、生物醫(yī)學(xué)工程、航空航天等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。（廈門(mén)日?qǐng)?bào)記者 佘崢 通訊員 歐陽(yáng)桂蓮）