可使用48小时的“新型石墨烯口罩” 为什么能够抗菌杀菌

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

近期，中关村的中国航发航材院研发新型石墨烯口罩。该口罩在过滤层中，应用了新型石墨烯聚丙烯熔喷布材料，佩戴者在呼吸时，口罩就能把病菌细胞壁破坏掉，从而起到了杀菌的作用。普通口罩有效使用期为4小时左右。这款石墨烯口罩，使用时间高达为48小时!

中国航发航材院用短短25天的时间打造石墨烯抗菌熔喷布生产线、石墨烯PP粒料生产线、以及石墨烯口罩中试生产线。目前这一新型石墨烯口罩生产线日产20万只口罩。

石墨烯为什么能抑菌抗菌?

1个毫米石墨内包含300万层单层石墨烯，现如今已知Z小的细菌是0.2毫米，约是石墨烯的600倍，细菌在这样锋利的纳米级二维材料上游走瞬间就被割破细胞壁而死亡。石墨烯抑菌应用不但可以通过对细菌细胞膜的插入进行切割，还可以通过对细胞膜上磷脂分子的大规模直接抽取来破坏细胞膜从而杀死细菌

石墨烯为什么可以做口罩?

相比于传统的无机、有机抗菌剂，石墨烯基本没有细胞毒性，更适合与人体皮肤直接接触。为了使具有特殊抗菌性能的石墨烯与棉纤维有效结合，研究人员尝试先用氧化石墨烯上的羧基、羟基、羰基和环氧基与棉纤维稳固结合，再通过还原得到稳固结合石墨烯的纯棉织物，从而有效避免棉织物在潮湿环境下滋生细菌，制备出高科技、高抗菌性的纯棉织物，拓展了石墨烯在纺织界的发展领域。

石墨烯材料的抗菌活性主要包括四种机制：

1、物理穿刺或者叫做“纳米刀”切割机制;2、氧化应激引发的细菌/膜物质破坏;3、包覆导致的跨膜运输阻滞和(或)细菌生长阻遏;4、通过插入和破坏细胞膜物质造成细胞膜不稳定。根据石墨烯材料和细菌的不同接触状态，上述几种机制协同作用导致细胞膜的完全破坏(杀菌作用)和阻遏细菌生长(抑菌作用)。

石墨烯的制备方法

1、机械剥离法

利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料的方法。方法操作简单，得到的石墨烯通常保持着完整的晶体结构。

2、氧化还原法

氧化还原法是通过使用硫酸、硝酸等化学试剂及高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨氧化，增大石墨层之间的间距，在石墨层与层之间插入氧化物，制得氧化石墨。然后将反应物进行水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥，制得氧化石墨粉体。通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离，制得氧化石墨烯。通过化学法将氧化石墨烯还原，得到石墨烯。

3、碳化硅外延法

SiC外延法是通过在超高真空的高温环境下，使硅原子升华脱离材料，剩下的C原子通过自组形式重构，从而得到基于SiC衬底的石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯，但是这种方法对设备要求较高。

4、化学气相沉积法

化学气相沉积法即(CVD)是使用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜的方法。这是生产石墨烯薄膜Z有效的方法。这种方法制备的石墨烯具有面积大和质量高的特点，但现阶段成本较高，工艺条件还需进一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄，因此大面积的石墨烯薄膜无法单独使用，必须附着在宏观器件中才有使用价值，例如触摸屏、加热器件等。