Nhân tử , ấn tượng đầu tiên mà công nghệ hạt nhân mang lại thường là sự răn đe, đáng sợ và không thể tiếp cận. Khi nhắc đến công nghệ hạt nhân, người ta thường nghĩ ngay đến các thiết bị quân sự như tên lửa hạt nhân hoặc tàu ngầm hạt nhân. Dù công nghệ điện hạt nhân đã được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực năng lượng, nhưng nó vẫn dường như khá xa vời với cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Thậm chí việc áp dụng công nghệ hạt nhân vào những sản phẩm tiêu dùng hàng ngày cũng dường như không tưởng.
Tuy nhiên, có một nhà khoa học, đã miệt mài làm việc trong hơn hai thập kỷ, chuyên tâm nghiên cứu về ứng dụng của công nghệ hạt nhân trong lĩnh vực vật liệu màng mỏng. Bà đã hiện thực hóa Màng lỗ hạt nhân sự chuyển đổi từ giai đoạn nghiên cứu cơ bản sang kỹ thuật công nghiệp và cuối cùng là thương mại hóa. Ngày nay, công nghệ màng lỗ hạt nhân đã được áp dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau trong đời sống hàng ngày. Trong buổi trò chuyện này, hãy cùng tìm hiểu về Tiến sĩ cao cấp Vương Ngọc Lan của Đại học Thanh Hoa và công nghệ màng lỗ hạt nhân của bà.
Tiến sĩ Vương Ngọc Lan
Ứng dụng của màng nhân tử trong bộ lọc tinh thể cho thiết bị truyền tải dịch lớn
Thị trường hiện tại cho các vật liệu lọc trong các dụng cụ truyền và tiêm truyền y tế đang gặp vấn đề khi kích thước lỗ lọc không đạt chuẩn, đồng thời sợi vật liệu có thể bị bong ra gây ô nhiễm thứ cấp.
Mặc dù màng lỗ hạt nhân truyền thống có khả năng kiểm soát kích thước lỗ rất tốt, nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là khả năng giữ chất bẩn kém, dễ bị tắc nghẽn. boi tu vi Trước vấn đề này, nhóm nghiên cứu của Vương Ngọc Lan đã phát triển màng lỗ hạt nhân bất đối xứng, biến hình dạng lỗ thành hình nón đơn, giúp hiệu quả tránh tắc nghẽn tăng lên đáng kể, **tăng cường khả năng giữ chất bẩn của màng. Hiện tại, màng lỗ hạt nhân bất đối xứng đã được áp dụng rộng rãi trong bộ lọc cuối cùng chính xác cho dung dịch truyền tĩnh mạch.
Ứng dụng của màng nhân tử trong làm sạch nước uống
Nước uống không lắp đặt máy lọc có chứa cặn và thậm chí nhiều chất độc hại, trong khi nước đã qua lọc thì cả các yếu tố có lợi cho sức khỏe cũng bị loại bỏ. Muốn uống nước sạch và lành mạnh sao lại khó khăn đến vậy? Nhiều người đang phải đối mặt với khó khăn này trong cuộc sống hàng ngày.
Nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Vương dẫn đầu đã cải tiến công nghệ màng lỗ hạt nhân truyền thống để phát triển bộ lọc màng mới có thể sử dụng trực tiếp để lọc nước đun sôi.
Theo lời Tiến sĩ Vương, qua nhiều lần thử nghiệm cho thấy, khi sử dụng màng lỗ hạt nhân với các thông số nhất định để lọc nước sau khi đun sôi, chỉ số tổng độ cứng, fluorua và tổng carbon hữu cơ (TOC) trong nước giảm rõ rệt; lớp bột lắng tích tụ trên bề mặt màng chứa các kim loại nặng có hại cho sức khỏe như nhôm, chì, barium, mangan, thủy ngân, cadmium, crôm, và các chất này đều được phát hiện nhiều lần; nước sau lọc vẫn giữ nguyên các nguyên tố vi lượng có lợi cho sức khỏe và tỷ lệ không thay đổi đáng kể.
Ứng dụng của màng nhân tử trong làm sạch không khí
Khói bụi trong không khí là kết quả của các hạt bụi, axit sulfuric, nitric, hợp chất hữu cơ và các hạt vật chất khác, kích thước động học của các hạt này nhỏ hơn 2,5 micromet. Lưới chắn truyền thống có kích thước lỗ khoảng 1 mm, so với các hạt dưới 2,5 micromet thì giống như viên đạn xuyên qua khung thành bóng đá, không gặp bất kỳ trở ngại nào.
Đối mặt với đặc tính này của khói bụi, Tiến sĩ Vương và nhóm nghiên cứu của bà đã phát triển lưới chắn màng lỗ hạt nhân, thông qua việc điều chỉnh kích thước lỗ của màng lỗ hạt nhân, có thể lọc PM2.5 trong khi vẫn đảm bảo lưu thông không khí, đạt hiệu quả làm sạch không khí trong nhà.
Tiến sĩ Vương Ngọc Lan đang kiểm tra thiết bị
Sau khi hiểu rõ các ứng dụng của màng nhân tử trong cuộc sống hàng ngày, rốt cuộc màng nhân tử là gì? Tiến sĩ Vương Ngọc Lan sẽ trực tiếp giải đáp thắc mắc.
Công nghệ màng nhân tử là gì?
Vương Ngọc Lan: Màng lỗ hạt nhân là một loại vật liệu màng đa, quá trình sản xuất được chia thành hai bước. Bước đầu tiên sử dụng các cơ sở hạt nhân lớn, đẩy các hạt nhân đến năng lượng cực cao để tấn công một lớp phim nhựa nhất định, trên đường đi của các hạt nhân sẽ tạo ra các vết tổn thương phóng xạ, đường kính khoảng vài nanomet. Với một lớp phim nhựa như vậy, chúng ta có thể hiểu rằng bề mặt phim có nhiều lỗ nhỏ có kích thước vài nanomet. Khi đặt lớp phim này vào hóa chất khắc, các kênh tổn thương phóng xạ trên bề mặt phim sẽ biến thành các lỗ mao dẫn thẳng. Thông qua việc kiểm soát điều kiện bức xạ và điều kiện khắc, chúng ta có thể tạo ra màng lỗ hạt nhân với mật độ lỗ và kích thước lỗ khác nhau.
Tính chất hóa học của màng nhân tử rất tốt, tính chất nhiệt độ cũng rất tốt. Nó có ba đặc điểm chính, Một là mật độ lỗ có thể điều khiển được , có thể đạt từ một lỗ nhỏ trên mỗi centimét vuông đến mười tỷ lỗ nhỏ. Thứ hai là kích thước lỗ đồng nhất , tất cả các lỗ đều có kích thước bằng nhau, vì khi các hạt nhân được đẩy với cùng một năng lượng và khối lượng, nên tất cả các lỗ đều có cùng kích thước. Thứ ba là phạm vi kích thước lỗ rất rộng và có thể điều khiển chính xác , từ vài nanomet đến vài chục micromet, vượt qua bốn cấp số lượng lớn mà mắt thường không nhìn thấy, dẫn đến nhiều ứng dụng.
Đặc điểm nổi bật nhất của màng lỗ hạt nhân là kích thước lỗ đồng nhất, hình dạng lỗ đều đặn (cấu trúc lỗ mao dẫn thẳng), mật độ lỗ và kích thước lỗ có thể được kiểm soát chính xác và độc lập với phạm vi tham số rộng. Những đặc điểm này đã quyết định rằng công nghệ màng lỗ hạt nhân có những lợi thế vượt trội so với các công nghệ màng mỏng khác trong nhiều lĩnh vực ứng dụng.
Trong quá trình công nghiệp hóa, công nghệ màng nhân tử đã có những đột phá gì?
Vương Ngọc Lan: Thực tế, trong lĩnh vực công nghệ bức xạ đã bước qua ba cột mốc quan trọng, Cột mốc thứ nhất Đã phá vỡ lò phản ứng Công nghiệp hóa Công nghệ bức xạ, bước thứ hai là cập nhật Công nghệ bức xạ máy gia tốc; Bước thứ ba là giải quyết sự ổn định của các tham số bức xạ. Về mặt kỹ thuật khắc, sau hàng thập kỷ nỗ lực và khám phá gian khổ, , điều này khiến hiệu suất của màng của chúng tôi rất ổn định, tức là độ ổn định của mật độ bức xạ, vì một khi sản phẩm được sản xuất ổn định thì đó là yếu tố then chốt.
Chúng tôi lần đầu tiên trên thế giới giải quyết thành công quy trình khắc công nghiệp cho màng nhân tử bất đối xứng và đạt được sản xuất hàng loạt lớn. Cho đến nay, chỉ chúng tôi trên toàn cầu có khả năng cung cấp sản phẩm màng nhân tử bất đối xứng hàng loạt. ， Việc giải quyết vấn đề này **mở rộng lĩnh vực ứng dụng của màng nhân tử. 。 Còn giúp màng nhân tử có lợi thế cạnh tranh rõ ràng trong lĩnh vực lọc tinh chuẩn dưới 0,1µm so với các màng lọc khác.
Màng lỗ hạt nhân bất đối xứng hiện tại là loại màng lọc mao dẫn hạt nhân tiên tiến nhất trên thế giới, chỉ số lọc vượt xa sản phẩm của Mỹ và Nga. Sự đột phá công nghệ này không chỉ giúp màng lỗ hạt nhân có tiềm năng được áp dụng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn, chẳng hạn như sản xuất nước tinh khiết cho ngành điện tử, sản xuất nước vô trùng cho ngành dược phẩm, lọc bia, sữa trong ngành thực phẩm, Trong quá trình chuyển đổi công nghiệp, gặp phải những khó khăn gì? 。
Sau nhiều năm nghiên cứu và phát triển, không chỉ đã nắm được công nghệ thương mại hóa màng lỗ hạt nhân mà còn đạt được nhiều kết quả khoa học sáng tạo, một số đã được thương mại hóa và đưa sản phẩm ra thị trường, tạo ra hiệu quả xã hội và kinh tế tốt.
Có rất nhiều khó khăn,
Vương Ngọc Lan: Vấn đề lớn nhất vẫn là vấn đề quy trình trong quá trình phát triển công nghệ công nghiệp hóa. Nhật Bản Quá trình nghiên cứu và phát triển không phải lúc nào cũng suôn sẻ. Ví dụ, khi chúng tôi đang phát triển công nghệ màng bất đối xứng, mọi thứ trong phòng thí nghiệm đều hoạt động tốt, nhưng khi áp dụng vào dây chuyền sản xuất, vấn đề xảy ra. Sau nhiều lần thử nghiệm, mất gần một năm, cuối cùng chúng tôi phát hiện ra rằng vấn đề nằm ở giai đoạn chọn vật liệu. Vật liệu này trong quá trình chế tạo sau này gây ra nhiều yếu tố nhiễu, và chúng tôi phải loại trừ từng yếu tố một.
Vì vậy, đây là một quá trình từ đơn giản đến phức tạp, rồi từ phức tạp trở lại đơn giản, giống như quá trình học tập. ban ca sau Ban đầu bạn nghĩ kiến thức tiểu học rất ít, nhưng càng học càng nhiều. Khi đạt đến mức giỏi, như toán học trong kỳ thi đại học, thì trong đầu bạn chỉ còn lại ba tờ giấy chứa công thức và định lý, khi đó bất kỳ kỳ thi nào cũng không thể làm khó bạn nữa. Lý do là bạn đã hiểu sâu sắc kiến thức. Vì vậy, quá trình nghiên cứu và thương mại hóa cũng là một quá trình như vậy, từ đơn giản đến phức tạp, rồi từ phức tạp trở lại đơn giản.
Tôi nghĩ bất kỳ sản phẩm nào cũng không hề đơn giản, trong quá trình thương mại hóa cần có đội ngũ kỹ sư giải quyết rất nhiều chi tiết phức tạp. và Đức Tại sao Sản phẩm công nghiệp Làm tốt hơn người Trung Quốc chúng ta Tôi từng học tập và làm việc ở hai quốc gia này, Họ không bỏ qua bất kỳ chi tiết nào trong cách làm việc của mình. ， Quyết tâm làm rõ mọi chi tiết, chỉ có như vậy chất lượng sản phẩm mới ổn định. Trong quá trình công nghiệp hóa, có những kinh nghiệm gì đáng để tham khảo? Anh nghĩ gì về tương lai phát triển của công nghệ màng nhân tử? , Viện Năng lượng Hạt nhân và Công nghệ Năng lượng Mới của Đại học Thanh Hoa, kỹ sư cao cấp. Tốt nghiệp chuyên ngành vật lý hạt nhân tại Đại học Bắc Kinh năm ... Nhiều bài báo, đạt được bằng sáng chế quốc gia
Nhiều mục.
Vương Ngọc Lan: Nhìn lại quá khứ, tôi tin rằng chúng tôi đã đi đúng hướng khi không phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn vốn nhà nước. Ngay từ đầu, chúng tôi nhận ra rằng công nghệ màng lỗ hạt nhân là một công nghệ cốt lõi, ví dụ như cây gỗ, công nghệ này là thân cây, từ đó có thể phát triển nhiều nhánh và vô số lá, nghĩa là dựa vào công nghệ cốt lõi này có thể phát triển nhiều nhánh công nghệ, mỗi nhánh công nghệ lại có thể phát triển thành nhiều sản phẩm khác nhau.
Dựa trên nhận thức này, chúng tôi đã đi trước một bước để giải quyết vấn đề về thân cây. hj88 Sau khi giải quyết vấn đề thương mại hóa của một nhánh bằng kinh phí dự án của quốc gia, chúng tôi nhanh chóng đưa sản phẩm ra thị trường. Qua việc quảng bá thị trường, công nghệ màng lỗ hạt nhân đã được áp dụng từ một lĩnh vực ban đầu, sau đó chúng tôi có thể liên tục thu hút nguồn tài trợ từ thị trường. Phần tiền này không được dùng để phân phát thưởng lớn, mà được tái đầu tư vào nghiên cứu. Bằng cách này, chỉ cần chúng tôi có ý tưởng tốt, chúng tôi có thể phản ứng nhanh chóng và tổ chức lực lượng để bắt đầu nghiên cứu mà không cần trải qua quy trình xin dự án rườm rà. Có thể nói, công nghệ màng lỗ hạt nhân đã lớn dần lên nhờ sự hỗ trợ ban đầu từ quốc gia, và dần dần phát triển thành công nghệ màng cốt lõi với nhiều bằng sáng chế tự chủ của Trung Quốc.
Bài trước: Hiệu quả của lưới chống bụi mịn màng nhân tử ra sao?
Vương Ngọc Lan: Các lĩnh vực ứng dụng và giá trị khoa học công nghệ mà màng lỗ hạt nhân mang lại chưa được công chúng chú ý nhiều. Việc thương mại hóa công nghệ màng lỗ hạt nhân là kết quả của nhiều năm nghiên cứu và khám phá của nhóm nghiên cứu Đại học Thanh Hoa, được công chúng biết đến nhờ nhu cầu ngày càng tăng về khoa học và môi trường trong những năm gần đây. Để thực sự giúp công nghệ này mang lại lợi ích cho nhiều người có nhu cầu, sự đóng góp của các tổ chức nghiên cứu có nhu cầu và các doanh nghiệp quy mô lớn là rất quan trọng. Chúng tôi chân thành mong muốn các tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp quy mô lớn cùng tham gia nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ này, do đó thúc đẩy sự phát triển không ngừng của công nghệ màng lỗ hạt nhân, mang lại lợi ích từ công nghệ cho đất nước.
|
Vương Ngọc Lan Bài tiếp theo: Màng nhân tử nặng ion là gì? 1986 1. Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của màng lọc là gì? 1998 Năm 1990 nhận bằng tiến sĩ khoa học tự nhiên từ Đại học Waseda Nhật Bản. Bà từng giữ chức Phó Giám đốc Phòng thí nghiệm phân tích hạt nhân của Viện Nghiên cứu Hạt nhân Trung Quốc, Tổng giám đốc kỹ thuật kiêm kỹ sư trưởng của Công ty TNHH Tư Nhân Tongfang, và từng là chuyên gia của Trung tâm Trao đổi Khoa học và Công nghệ Đức, fellowship làm việc tại Đại học Kỹ thuật Dresden. Hiện tại, bà là thành viên của Hiệp hội Quốc tế về Dấu vết Hạt nhân và Phó Chủ tịch Ủy ban Chuyên ngành Phát Hiện Dấu vết Hạt nhân của Hội Vật lý Hạt nhân Trung Quốc. Bà cũng là một trong những tác giả chính của Tiêu chuẩn Quốc gia về Nhận diện Chống giả bằng dấu vết hạt nhân. - Bà đã tham gia nghiên cứu nền tảng, nghiên cứu cơ bản ứng dụng và nghiên cứu ứng dụng công nghệ dấu vết hạt nhân và phát triển thương mại hóa màng lỗ hạt nhân trong thời gian dài, đã công bố nhiều bài báo, 40 3. Ứng dụng đa dạng và triển vọng rộng mở của màng đường kính vết 30 4. Ứng dụng của màng đường kính vết trong các lĩnh vực khác |
