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新冠肺炎疫情暴發(fā)以來(lái)，“物傳人”成為新冠病毒傳播的重要途徑之一。曾有研究顯示，新冠病毒能在普通不銹鋼材料表面存活3天之久。因此，研發(fā)出能夠殺滅新冠病毒的不銹鋼材料，成為業(yè)界和學(xué)界的一大目標(biāo)。

近期，香港大學(xué)工程學(xué)院機(jī)械工程系黃明欣教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)與香港大學(xué)（李嘉誠(chéng)醫(yī)學(xué)院）免疫與感染研究中心潘烈文教授的研究團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)調(diào)整不銹鋼的化學(xué)成分和微觀組織結(jié)構(gòu)，成功令不銹鋼能殺滅表面附著的新冠病毒和其他常見(jiàn)病原體微生物。

新型不銹鋼含銅20%？顯示出強(qiáng)大的抗新冠病毒特性

自20世紀(jì)初被發(fā)明后，憑借著在硬度、耐腐蝕性、可加工性等方面的優(yōu)異性能，從公共場(chǎng)所的基礎(chǔ)設(shè)施，到家庭生活的日常裝潢，不銹鋼成為公眾最常接觸的材料之一。

但隨著新冠肺炎疫情席卷全球，不銹鋼這個(gè)公共場(chǎng)所隨處可見(jiàn)的基礎(chǔ)材料，已成為新冠病毒擴(kuò)散傳播的載體——攜帶病毒的飛沫和呼吸道分泌物會(huì)附著在不銹鋼材料上，使其成為潛在的病毒傳播媒介。

例如，此前中國(guó)疾病預(yù)防控制中心曾對(duì)一起新冠病毒感染案例進(jìn)行分析，認(rèn)為同一單元樓內(nèi)的住戶極有可能因共用一部電梯，共同觸摸不銹鋼材質(zhì)的電梯按鍵而造成病毒在住戶中擴(kuò)散。

在具體研究中，為了更好地比較不同不銹鋼材料之間的抗菌抗病毒性能，黃明欣團(tuán)隊(duì)制備了多份樣品，分別是常規(guī)的316不銹鋼、含銀0.3%和0.6%的不銹鋼、4種含銅1%—20%不等的不銹鋼以及純銀和純銅。并且為了凸顯其實(shí)用價(jià)值，他們還專門(mén)將其制備成了電梯按鈕樣式，以模擬在最常見(jiàn)的使用環(huán)境下，不同種類不銹鋼的抗新冠病毒性能。

最終，研究結(jié)果顯示，常規(guī)316不銹鋼、純銀和含銀不銹鋼對(duì)新冠病毒和甲型H1N1流感病毒沒(méi)有明顯的抑制作用。而相比之下，純銅和含銅不銹鋼則表現(xiàn)出了十分顯著的抗病毒特性。尤其是含銅量20%的不銹鋼，其可以在3小時(shí)和6小時(shí)內(nèi)分別顯著減少其表面99.75%和99.99%的活體新冠病毒，顯示出了強(qiáng)大的抗新冠病毒特性。

黃明欣表示，由于高含銅量不銹鋼的制備采用的是粉末冶金的方式，這使得其可以不受材料表面磨損的影響，能在較長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)持續(xù)擁有抗新冠病毒特性。

從抗菌到抗病毒？把握不銹鋼中的銅含量很重要

其實(shí)早在這種抗新冠病毒不銹鋼研發(fā)之前，能夠抗菌的不銹鋼就已十分普遍，并早早開(kāi)始了工業(yè)化生產(chǎn)，而其中也是添加了銅和銀。

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員楊珂指出，銅和銀已是業(yè)界公認(rèn)的優(yōu)秀抗菌材料，對(duì)包括大腸桿菌等在內(nèi)的常見(jiàn)致病菌有著出色的抵抗能力。比如含銅量?jī)H5%的抗菌不銹鋼，便具有99%的抗菌率。因?yàn)槊芗母汇~沉淀物會(huì)永久留存在不銹鋼基質(zhì)中，產(chǎn)生持久的抗菌效果。而銀的抗菌能力則更強(qiáng)，只要在不銹鋼基質(zhì)中添加0.3%的銀，便可產(chǎn)生強(qiáng)大的抗菌效果。但抗菌不銹鋼要想達(dá)到抗新冠病毒的效果，還需增加其中的銅含量。

不銹鋼作為一種鐵基合金，以鐵為基本，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)加入鎳、鉻等元素以增強(qiáng)其性能。如果一味加入大量的銅，會(huì)使其基礎(chǔ)性能發(fā)生改變，從而導(dǎo)致其不再具備不銹鋼的特性，無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。楊珂表示，生產(chǎn)抗病毒不銹鋼，其最大挑戰(zhàn)在于如何在加入足量的抗病毒元素的同時(shí)，又不改變不銹鋼的核心性能。

銅雖然是不銹鋼的核心元素之一，但加入過(guò)量也會(huì)嚴(yán)重影響不銹鋼的核心性能。楊珂向記者介紹道，鋼鐵的熱加工鍛造過(guò)程，需要在1200℃左右的高溫下進(jìn)行，而銅本身的熔點(diǎn)大約為1080℃。銅加入過(guò)多會(huì)導(dǎo)致鋼材在熱加工時(shí)的鍛造性變差，出現(xiàn)通常意義上的“銅脆”現(xiàn)象。

為了避免“銅脆”現(xiàn)象，同時(shí)又保證加入含量足夠抗病毒效果的銅，有研究人員改用物理氣相沉積、冷噴涂、離子注入等方法，為不銹鋼涂上一層抗病毒涂層。但這些方法生產(chǎn)的涂層，厚度小于1毫米，很容易被磨損導(dǎo)致其抗病毒性能大幅下降，因此這類不銹鋼材料無(wú)法取得長(zhǎng)期的抗病毒效果，不具備大規(guī)模應(yīng)用的價(jià)值。

而黃明欣團(tuán)隊(duì)此次采用了粉末冶金工藝，將不銹鋼中銅的含量提升至20%，獲得了具有抗新冠病毒特性的不銹鋼。楊珂表示，粉末冶金方法是將金屬粉末采用模具進(jìn)行高壓壓制，隨后再以較高的溫度燒結(jié)定型。采用這種方法制造的高含銅量不銹鋼，不光不會(huì)出現(xiàn)“銅脆”現(xiàn)象，而且其富銅沉淀物也不只分布在表面，而是均勻分布在整個(gè)金屬制品中，因此即使制品表面磨損也并不影響其抗病毒效果。

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