石墨烯负氧离子海岛超纤新材料市场应用与展望

张哲 黄松梅 李少华 吴仲广

21世纪以来，我国汽车工业有了长足发展，据中国汽车工业协会统计，2017年我国汽车产销量分别为2 901.5万辆和2 887.9万辆。其中，乘用车产销量分别为2 480.7万辆和2 471.8万辆，轿车在17年时间增长了近40倍。2018年出现下滑，2019年更遇到了美国“单边主义”下的全球经济下行，多米诺效应导致整体汽车市场寒冬降临。

进入2019年1月份，汽车销量明显下滑，各大主机厂使出浑身解术来提供销量。为提振市场，行业普遍认为技术创新是各主机厂当前必抓的大事，而创新不仅需要进行跨界思维，更要有战略性和前瞻性研究。

汽车内饰设计的创新一直是主机厂设计师改变思路的首选科目，而内饰材料的创新首当其中。2019年4月，第十八届上海国际汽车工业展览会不仅展示了大量类麂皮的应用，而且也出现了众多跨界产品遍地开花，仅汽车内饰皮革新材料一项就有透光革、恒温革、温变革、变色革、3D革、光影革、波导革、智能革、石墨烯负氧离子革、无溶剂革等众多内饰新品亮相。其中，负氧离子皮革新材料无疑成为未来提升汽车内空气质量的亮点，同时也凭借“个性需求的中高端产品”营造健康车这一卖点，受到广泛关注。

1 负氧离子产生原理及作用

众所周知，负氧离子来自于空气，而空气中主要成分是氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气和惰性气体等。占空气成分78%的氮气相对稳定，不容易被激发发生氧化还原反应，惰性气体更难以产生化学变化，因此所谓负氧离子基本都是空气中的氧气受到激发，带负电而产生的负氧离子，简称“负氧离子”。

自然界中负氧离子产生多是因为宇宙射线、紫外线、放射线辐射、高压雷电、水流冲击、光合作用等。负离子越高的地方空气质量越高，一般空气等级越高的地方，负氧离子含量也越高。由于负电荷可以提高人体血液中的氧含量、使人安静，有利于身体免疫系统提高；带负电荷的负氧离子能够促进细胞活化，促进新陈代谢，维护离子的平衡；能够保持体液弱碱性，达到抗氧化，分解乳酸，促进自愈力。相比而言，正电荷会使人体血液含氧量减少，易刺激人兴奋，免疫系统下降，不利于身体健康。

在日常居住的房间里，长时间运转的空调会产生大量正电荷，负氧离子含量则较少，所以长时间在空调房间里，人们会有疲劳感，这就是所谓的“空调病”，正是正电荷“作祟”的结果。负氧离子因为带有电子，有还原作用，可以和甲醛反应生产二氧化碳和水，故对室内空气和车内空气去除甲醛效果明显，根据国检报告，项目产品可以实现甲醛去除率80%以上。

近年来汽车内空气质量已经提到议事日程。2011年，国家质量监督检验检疫总局参与制定了《乘用车内空气质量评价指南》，从而对汽车内的空气质量提出了新要求。

2 人工合成的负氧离子超纤新材料

改善车内空气质量，必须采用环保的内饰材料和环保的制作工艺，制作工艺确保对于材料产生的有害气体进行后去除，这些都是摆在环保质量工程师面前的任务，而采用负氧离子新材料技术可以帮助质量工程师解决此问题，人工负氧离子合成材料因此得到快速发展。

由于自然界中的负氧离子离人的生活区比较远，无法随意获得。为改善人们生活质量，现实生活中如果想得到更多的负氧离子，多数都是采用人工方法：利用人工合成材料来激发空气产生负氧离子，“负氧离子新材料行业”也因此产生。

负氧离子新材料产生原理和制作方式不同，放射性问题也千差万别，不可一味追求负氧离子的产生量，而忽略材料的辐照问题。人工合成方法绝大多数都是采用具有放射性的矿石材料激发空气产生，因此放射性元素产生的辐射是制约能否批量应用的关键，而放射性元素限量标准是悬在每一个负离子产品生产企业头上的利剑，负氧离子材料必须满足现有国家强制标准——GB 6566—2010。

那么放射性元素一旦超标有何危害呢？放射性物质超过一定标准就一定会造成危害。研究证明，有负氧离子激发功能的建筑装饰材料用于室内、车内的装饰，放射性超标会直接影响消费者特别是儿童、老人和孕妇的身体健康，使人体免疫系统受损害，主要体现在2方面，即体内辐射与体外辐射。

目前市场上出现的负氧离子材料产品基本有3种。第1种材料没有负氧离子也没有辐射，只是宣传含有负氧离子激发释放，属于明显的假冒产品；第2种材料有负氧离子激发释放，但是放射性辐照和重金属严重超标，属于劣质产品；第3种是材料负氧离子激发释放比较稳定，放射性辐射不超标或无内辐射，但是这种合格材料需要到资质齐全且正规工厂或单位才能买到，相对价格比较高。

3 石墨烯负氧离子超纤新材料

天守（福建）超纤科技股份有限公司（简称“天守超纤”）采用的负离子激发剂是以极性稀土材料作为主激发源，采用石墨烯材料作为催化剂，使其激发强度增大，不产生γ射线或及α射线（内辐射主要是γ射线所造成），没有内辐射即内辐射为0，经国标GB/T 28628—2012检测材料诱生空气负氧离子量为6.81×107ions/（s·m2），甲醛去除率达到80%以上，相当于森林中瀑布附近的负氧离子量。

因其极性材料表面带有永久性的0.02mA微弱电流，会在极性材料微小颗粒的两极形成类似磁场的流离电子层。众所周知，磁性物质体积越大磁场越强，而极性材料确恰恰相反，粒径越小流离电子层的电离效果越好。加之氮气属于惰性气体、它虽然占空气成分的70%以上，但不会被流离电子电离。氧则属于活性气体、有强大的氧化性，氧原子携带一个或多个负电荷是负氧离子形成的2个必要条件。至于产生周期，因为激发负电荷的形成流离电子层的射线为β射线、其半衰期极为漫长、碳同位素检测为13万年左右，所以负氧离子的激发释放是附着体不灭失，负氧离子就会持续被激发释放。

目前，国际通用的辐照强度的标准单位为希沃特（Sv）、毫希沃特（mSv）、微希沃特（μSv）。每个国家依照本国所处的地理位置的不同，规定生产或进口商品的辐照强度也不一样，一般规定为2～6mSv。以欧盟为例，其规定国家公民每年所承受的辐照强度为不高于2mSv，按照以上标准，材料表面的辐照强度不得超过0.23μSv，如果按0.22μSv/h×24h×365天=1927.2μSv=1.927mSv<2mSv，则满足标准；如果按0.23μSv/h×2 4 h×3 6 5天= 2 0 1 4 . 8μS v = 2.014mSv>2mSv则不符合标准。

图1是市场上销售的负氧离子材料辐射性和笔者团队自主创新石墨烯超纤新材料的辐射对比情况，石墨烯超纤新材料可以保证材料激发每立方厘米释放1万个负氧离子没有内辐射，而外辐射不超过0.5μSv，而市场上多数负氧离子粉剂制作的新材料虽然也有负氧离子几千个，但是辐射会超过到标准要求的几倍甚至10倍以上，危害性很大。

通常购买负氧离子材料时，其负氧离子检测和辐射检测结果需要体现在同一个报告中，这样能够确保该检测结果数据来自于同一材料，

天守超纤的系列负氧离子激发超纤新材料本以优异的测试数据已经赢得众多消费者的认可，可以确保每立方厘米空间稳定激发5 000个以上负氧离子，不仅在汽车后市场和改装车得到大力推广，也在家装宾馆软包装领域得到逐步推广。面对主机市场，针对车内空气质量展望未来，天守超纤将以负氧离子超纤新材料为核心融入更多的具有特殊属性的高分子材料，助力中国汽车空气质量提升，营造健康车，为功能性材料的发展，让广大民众彻底用上安全、高效的负氧离子产品为己任。

4 结语

相信在不久的未来，随着人们对生活质量的要求越来越高，对车内空气质量的重视程度也越来越强，石墨烯负氧离子超纤新材料必将在中高端的汽车内饰项目上得到广泛应用，更多地服务主机厂，帮助环境工程师解决更多空气质量问题，更好地服务于汽车行业，助力汽车内饰行业走向个性化、功能化、生态化转型升级，为人類美好出行提供支持。