知道嗎？納米，這個(gè)僅為量尺十億分之一米的小小空間內，竟然潛藏了無(wú)限的可能。這就不得不說(shuō)到今天的主題，東芝的納米技術(shù)了。一直以來(lái)，“納米纖維”都是各大報道中備受人們關(guān)注的熱詞之一。但與其受關(guān)注程度相比，納米纖維的世界卻并不為大多數人所知曉。想知道如此纖細的納米纖維是如何被制造出來(lái)的嗎？此次，我們邀請到了東芝的納米技術(shù)專(zhuān)家植松育生先生。在東芝，他主要負責納米纖維技術(shù)的研發(fā)工作，專(zhuān)攻“靜電紡絲技術(shù)（ES技術(shù)）”。就讓他帶著(zhù)我們走進(jìn)納米科技的殿堂，一起來(lái)感受納米纖維和ES技術(shù)的魅力所在吧！

株式會(huì )社東芝 研究開(kāi)發(fā)本部 生產(chǎn)技術(shù)中心
材料·元器件程序技術(shù)研究部　植松育生先生

一、靜電紡絲技術(shù)是什么？

納米纖維一般是指直徑在1nm～100nm之間、長(cháng)度為直徑的100倍或以上的纖維狀物質(zhì)。能制成纖維狀的材料各種各樣，如尼龍、纖維素等，它們以“極細”這一特性支撐著(zhù)我們的日常生活。

納米纖維

“比較容易理解的應用范例是過(guò)濾器，如空氣凈化器和水處理設備。由于納米纖維不易受空氣和水的影響，因此很適合用于過(guò)濾器。

還有可充電電池。我最初直接接觸到納米纖維，就是以東芝SCiB?的充電電池事業(yè)為契機的。那時(shí)我們考慮的是能否將納米纖維應用于SCiB?。分離器¹是生產(chǎn)充電電池不可或缺的材料。如果能把分離器換成極薄的納米纖維膜，就能夠提高（電池的）容量了?！保ㄖ菜上壬?br>1：分離器是使兩個(gè)電極之間絕緣、防止發(fā)生短路的材料。

以極薄的納米纖維膜替代分離器，SCiB?的容量得到大幅提高

從此，植松先生開(kāi)始關(guān)注ES技術(shù)。他向我們詳細解釋了該技術(shù)的原理。

“首先，將需要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，使得噴嘴中的溶液與待涂敷的基底材料之間產(chǎn)生電位差。這樣，力就自然而然地從噴嘴轉移到了基底材料上，噴嘴中的溶液也就噴向了基底材料。在這個(gè)放電過(guò)程中，溶劑²蒸發(fā)、重量減少、而邊緣逐漸增大，基底材料上便形成了納米纖維。”（植松先生）
2：制作溶解物質(zhì)的溶液所使用的液體。

施加了高電壓的噴嘴噴出溶液，形成納米纖維

一直以來(lái)，在ES技術(shù)的研發(fā)工作中，制作更均勻、更纖細的纖維膜是主流。但是，過(guò)于追求這些會(huì )導致生產(chǎn)成本劇增。因此，ES技術(shù)研發(fā)大多停留在研究方面，量產(chǎn)方面的實(shí)際應用則相對較少。

對此，植松先生轉換了思路。

“為了應用到SCiB?，我們不過(guò)分追求細度、均勻性，而是考慮能否獲得批量生產(chǎn)專(zhuān)用的高速制備技術(shù)。這是一個(gè)新的研發(fā)領(lǐng)域，研發(fā)過(guò)程并不容易。但是，這個(gè)不知道能否成功的研發(fā)項目卻得到了領(lǐng)導們的積極支持，在推進(jìn)SCiB?業(yè)務(wù)的過(guò)程中我也結識了很多志同道合的同事。此后，我們組成了同甘共苦的研發(fā)團隊，同時(shí)也是互相支持的好伙伴。”（植松先生）

二、極簡(jiǎn)技術(shù)的復雜過(guò)程

ES技術(shù)只要設置材料、施加電壓便能夠形成納米纖維。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，它是極為簡(jiǎn)單的技術(shù)。更何況，噴頭與涂敷的基底材料之間僅有20cm～30cm。但是，就是在這僅20cm的空間內，溶液如何飛濺、如何從液體變?yōu)楣腆w的納米纖維，這個(gè)過(guò)程卻驚人的復雜，難以解釋。

“將ES技術(shù)應用于產(chǎn)品，需要使用多個(gè)噴嘴、高速形成納米纖維。但是，如果增加噴嘴，那么分別施加的電壓會(huì )互相干擾，無(wú)法形成均勻的納米纖維。只有徹底了解這“20cm的過(guò)程”，才能夠穩定地批量生產(chǎn)納米纖維。”（植松先生）

當然，研發(fā)之初我們也沒(méi)少吃苦頭。

“很多非研發(fā)團隊的人員支持我們的工作，來(lái)看實(shí)驗裝置的人也不少。但是制成的纖維與實(shí)用化要求相距甚遠。有時(shí)我們也會(huì )擔心“真的能制成嗎？”，“裝置的狀態(tài)沒(méi)事吧？”，孤單、焦躁、難為情、過(guò)意不去等各種情緒交織在一起……”（植松先生）

雖然很難，但同伴們一如既往的支持植松先生。

“除了SCiB?事業(yè)部門(mén)的戰友，很多具有專(zhuān)業(yè)技能的新成員也加入到了研發(fā)團隊中。集結了來(lái)自各個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的智慧精英，我們從印刷機的噴墨研發(fā)³經(jīng)驗出發(fā)，將ES技術(shù)中的飛濺情景用高速攝像機進(jìn)行了拍攝，通過(guò)分析、數據化處理，對20cm的過(guò)程進(jìn)行了詳細研究。”（植松先生）
3：噴墨研發(fā)時(shí)，使用高速攝像機對墨水是如何飛濺的情景進(jìn)行了拍攝、分析、數據化處理。

根據施加電壓的大小、噴嘴和涂敷的基底材料之間的微妙距離、材料和基底材料的類(lèi)型等不同因素，這20cm中的過(guò)程也各有不同。我們的關(guān)注點(diǎn)之一就是飛濺的角度。相對于涂敷的材料，越接近著(zhù)陸，飛濺中的溶液漩渦的角度越?。ㄖ饾u減少），因此我們可將角度的變化用數值表示。

我們的另一個(gè)關(guān)注點(diǎn)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(guān)聯(lián)性，這成為了我們實(shí)現量化生產(chǎn)的突破口。

對飛濺角度、速度的拍攝和分析，讓實(shí)現量產(chǎn)化的步伐大幅加快

“今年，將ES技術(shù)應用于SCiB?充電電池的試制終于成功了！從產(chǎn)生研發(fā)構想的2012年至今，已有六年的時(shí)間。正式研發(fā)則經(jīng)過(guò)了四年。一直以來(lái)，我們都堅信‘SCiB?事業(yè)的開(kāi)展，需要更多的人才加入’，所以當試制成功的那一刻大家無(wú)比的喜悅?！保ㄖ菜上壬?/p>

一直以來(lái)，ES技術(shù)都很難應用于實(shí)際生產(chǎn)。通過(guò)植松先生等人的研發(fā)成果，ES技術(shù)衍生出的超細納米級纖維無(wú)疑會(huì )改變這個(gè)廣闊無(wú)邊的世界。

查看ES技術(shù)實(shí)驗裝置的植松先生