知道嗎？納米，這個僅為量尺十億分之一米的小小空間內，竟然潛藏了無限的可能。這就不得不說到今天的主題，東芝的納米技術了。一直以來，“納米纖維”都是各大報道中備受人們關注的熱詞之一。但與其受關注程度相比，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的嗎？此次，我們邀請到了東芝的納米技術專家植松育生先生。在東芝，他主要負責納米纖維技術的研發工作，專攻“靜電紡絲技術（ES技術）”。就讓他帶著我們走進納米科技的殿堂，一起來感受納米纖維和ES技術的魅力所在吧！

株式會社東芝 研究開發本部 生產技術中心
材料·元器件程序技術研究部　植松育生先生

一、靜電紡絲技術是什么？

納米纖維一般是指直徑在1nm～100nm之間、長度為直徑的100倍或以上的纖維狀物質。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”這一特性支撐著我們的日常生活。

納米纖維

“比較容易理解的應用范例是過濾器，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?的充電電池事業為契機的。那時我們考慮的是能否將納米纖維應用于SCiB?。分離器¹是生產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。”（植松先生）
1：分離器是使兩個電極之間絕緣、防止發生短路的材料。

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，植松先生開始關注ES技術。他向我們詳細解釋了該技術的原理。

“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。在這個放電過程中，溶劑²蒸發、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，在ES技術的研發工作中，制作更均勻、更纖細的纖維膜是主流。但是，過于追求這些會導致生產成本劇增。因此，ES技術研發大多停留在研究方面，量產方面的實際應用則相對較少。

對此，植松先生轉換了思路。

“為了應用到SCiB?，我們不過分追求細度、均勻性，而是考慮能否獲得批量生產專用的高速制備技術。這是一個新的研發領域，研發過程并不容易。但是，這個不知道能否成功的研發項目卻得到了領導們的積極支持，在推進SCiB?業務的過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團隊，同時也是互相支持的好伙伴。”（植松先生）

二、極簡技術的復雜過程

ES技術只要設置材料、施加電壓便能夠形成納米纖維。從這個意義上來說，它是極為簡單的技術。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、如何從液體變為固體的納米纖維，這個過程卻驚人的復雜，難以解釋。

“將ES技術應用于產品，需要使用多個噴嘴、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互相干擾，無法形成均勻的納米纖維。只有徹底了解這“20cm的過程”，才能夠穩定地批量生產納米纖維。”（植松先生）

當然，研發之初我們也沒少吃苦頭。

“很多非研發團隊的人員支持我們的工作，來看實驗裝置的人也不少。但是制成的纖維與實用化要求相距甚遠。有時我們也會擔心“真的能制成嗎？”，“裝置的狀態沒事吧？”，孤單、焦躁、難為情、過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?事業部門的戰友，很多具有專業技能的新成員也加入到了研發團隊中。集結了來自各個專業領域的智慧精英，我們從印刷機的噴墨研發³經驗出發，將ES技術中的飛濺情景用高速攝像機進行了拍攝，通過分析、數據化處理，對20cm的過程進行了詳細研究。”（植松先生）
3：噴墨研發時，使用高速攝像機對墨水是如何飛濺的情景進行了拍攝、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型等不同因素，這20cm中的過程也各有不同。我們的關注點之一就是飛濺的角度。相對于涂敷的材料，越接近著陸，飛濺中的溶液漩渦的角度越小（逐漸減少），因此我們可將角度的變化用數值表示。

我們的另一個關注點是飛濺的速度。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聯性，這成為了我們實現量化生產的突破口。

對飛濺角度、速度的拍攝和分析，讓實現量產化的步伐大幅加快

“今年，將ES技術應用于SCiB?充電電池的試制終于成功了！從產生研發構想的2012年至今，已有六年的時間。正式研發則經過了四年。一直以來，我們都堅信‘SCiB?事業的開展，需要更多的人才加入’，所以當試制成功的那一刻大家無比的喜悅。”（植松先生）

一直以來，ES技術都很難應用于實際生產。通過植松先生等人的研發成果，ES技術衍生出的超細納米級纖維無疑會改變這個廣闊無邊的世界。

查看ES技術實驗裝置的植松先生