納米科技及納米功能材料已經在改變著我們生活的方方面面，譬如，它們在光伏發電、節能環保、衛生醫療、建筑及裝飾裝修材料、通訊信息等等領域的應用，都已取得矚目的進步和成功。而眼前的這位徐瑞芬老師，就是納米功能材料研發的先行者，她謙和友善，平易近人，毫無初見的陌生感，如涓涓細流般的言語，讓你不由自主地跟隨著她進入了她與她的納米功能材料研發的故事之中。

    徐瑞芬老師生長在一個江南小鎮，在她小學畢業之際，本應該繼續接受文化知識系統教育的進程，卻被熔入了轟轟烈烈的文化大革命運動，高中畢業后就扎根農村，艱苦勞動，磨練革命意志。1977 年，鄧小平號召“恢復高考，擇優錄取”，徐老師考上了南京工業大學，攻讀化工防腐蝕專業。

    在徐老師初上大學之時，很多人還誤以為化工防腐蝕不過是刷刷涂料而本刊記者| 王妮已，沒有太多的科技知識，似乎沒有太好的發展。但是作為恢復高考的第一屆學生，徐瑞芬老師經歷“文革”劫難和農村勞動的磨煉后，她非常珍惜這個好不容易得來的學習機會，“開始了瘋狂地學習和追趕”。徐老師回憶說：“當時我們的活動范圍基本上就是四點——教室、宿舍、圖書館、食堂。由于我們出生在一個經濟匱乏的年代，我門有很強的緊迫感，刻苦學習、珍惜機會是我們這屆學生最顯著的特點。每一位老師在我們的學習成長中都起到了重要導師的作用。撥亂反正后，大多數學員缺少系統教育，對此現狀，專業課課堂上很多課沒有現成的教材，全都是老師們手制講義來進行課堂教學。”作為文革后第一屆防腐蝕專業的學生，徐瑞芬抓住來之不易的學習機會，她用嚴謹縝密的思維，認真地學習了專業課《金屬腐蝕理論及應用》，這門功課至今讓她受益匪淺。

    到了大學三年級時，徐老師開始進入工廠進行實習，她來到了揚子化工廠開始學習化工知識，實習活動中耳聞目睹，她逐漸認識到她所學的專業知識的重要性，腐蝕危害遍及日常生活和幾乎所有的行業，如冶金、化工、能源、礦山、交通、機械、航空航天、信息、農業、食品、醫藥、海洋開發、基礎設施等，其對自然能源及材料的消耗也是駭人聽聞的，再加上這次在揚子化工廠中她看到的各種類型的機器設備腐蝕現象，她認識到，她所學到的知識并不能簡簡單單地歸結為是刷油漆刷涂料。大四專業實習時，徐老師開始喜歡上自己的專業，腐蝕與防護包羅萬象，涉及工業生產的各個方面，畢業論文時，徐老師選擇的研究方向是水處理中的腐蝕問題，在循環冷卻水中需要添加一些添加劑，通過使用低價而高效的水處理劑，達到嚴格控制循環水的水質，保證很多化工生產處于安全運行的狀態。

    從大學畢業到現在，徐老師的研究方向也拓展為“納米二氧化鈦的生產和應用”，應用研究領域包括：凈化空氣、污水處理、光電化學保護金屬的涂料和防輻射材料等。但是她始終沒有離開腐蝕與防護的領域，徐老師在大學時期學習的內容都是基本的專業知識，這些知識是腐蝕與防護的基礎，看似平淡無奇，實為厚積薄發，是在為徐老師在以后納米二氧化鈦生產和應用領域的開發而養精蓄銳！

    原子團簇粒子 小粒子 大功能

    成為大學教師的徐老師，因為讀了研究生后眼界的開闊，她開始重新思考自己的專業和方向，特別是受清華大學攻讀博士同學的建議啟發，她在防腐蝕專業的基礎上開始加入了“納米”科技。

    當時納米技術、納米產業正在作為支撐我國七大戰略性新興產業發展的關鍵性及基礎技術，在國家和政府的大力扶持下處于起步發展階段；比爾·蓋茨當時也曾預測過下一個大富翁將出現在納米產業；行業專家們也在放言，若干年后，高精尖的納米技術必將得到廣泛應用！徐老師進入了納米科技行業，并將自己的專業——腐蝕與防護與納米技術結合起來形成了新的研究方向——原子團簇半導體功能材料的研發。

    徐老師介紹道，金屬材料在使用的過程中經常遭受到各種腐蝕，電化學腐蝕是最普遍、最常見的腐蝕，而常用的防腐手段是采用環氧等防腐蝕涂料覆蓋金屬表面進行防腐。這種防腐手段的缺點是涂層下金屬遭受腐蝕很嚴重。一般而言，表面覆蓋涂料層的金屬浸泡在電解質溶液中電解質溶液會浸透涂料層的缺陷，從而接觸到金屬表面形成金屬表面微陽極和微陰極的腐蝕電池對金屬進行電化學腐蝕，但是如果在涂料中加入原子團簇半導體材料，并且保證其在涂層中呈納米尺寸分散，原子團簇半導體和金屬材料形成無數的耦合電池，原子團簇半導體作為電子給體或空穴給體，金屬基體作為電子受體或空穴受體，使得光激發產生的電子和空穴載流子輸向金屬，使腐蝕微電池陰極和陽極之間的電位差降低，從而抑制金屬發生電化學腐蝕的速度，減小腐蝕，保護金屬。

    原子團簇粒子由于其突出的納米尺寸量子效應，在室內常溫條件對紫外光有非常強烈的吸收，并且對可見光和近紅外光也有很明顯的吸收，該性能是該材料具有光電轉換、光催化等功能的基礎。制備粒徑幾納米、分散性優良、功能性顯著的原子團簇半導體、重要表現為主動吸收寬光譜的光能并轉換為電化學能、表面化學能、光學性能等。可以作為光電化學保護金屬、電磁輻射吸收、光催化凈化治理環境、上轉換光致發光防偽等領域的應用。特別是把原子團簇二氧化鈦作為功能性填料，均勻分散到環保型溶劑中，制成功能性漿料。使用該功能性漿料，可以很方便地加入到涂料中，即按照常規的涂料生產方法將功能性漿料和耐候顏料一起加入到環氧、聚氨酯、氟碳和丙烯酸等涂料中，經過研磨、過濾，得到多功能復合涂料產品。這種涂料產品能夠凈化空氣、保護材料，而且能夠激發光催化、激發光電轉換，而且無論是在明亮處還是在黑暗處都能夠接受自然光源，為綠色生態環境做出貢獻。

    納米融入空氣凈化器，霧霾天里的福音

    霧霾的天氣讓人們憂心忡忡，人們探索著各種解決之途徑，徐老師用納米技術研發的空氣凈化機也許會帶來福音，這款空氣凈化器不僅可以把空氣中的有害物質能夠降解成無害氣體，而且能夠釋放出負氧離子。

    “這款自主研發的納米材料空氣凈化機是把太陽光的光能轉變為化學能來凈化空氣，即使在霧霾天里，我們也能生活在綠色的環境中！”徐老師對這款儀器的介紹。

    空氣凈化機的研究機理源于徐瑞芬老師多年研制的原子團簇半導體材料應用技術，這一發明解決無機原子團簇功能填料和油性有機體系難以相容難題，研制能夠充分利用太陽光能源的納米效應多功能復合涂料，并獲得了專利。

    在2015 年底霧霾嚴重的天氣里，這款空氣凈化器被借用到一個辦公室里，經過六個月的實驗后，經儀器檢測，當室外的霧霾PM2.5 指數為三四百點時，放有這款空氣凈化器的辦公室的霧霾PM2.5 指數只有二三十點。更讓徐老師自信的是，這款空氣凈化器不僅能夠實現把空氣中的有害氣體進行降解，而且能夠向空氣中釋放出負氧離子，在整個凈化空氣的過程中不會產生二次污染。

    原子團簇粒子涂料， 綠色健康新涂料

    現在的人們都在追求一個漂亮溫馨的家，裝修開始，從地面、墻面到天花板，再將家具飾品搬到客廳、餐廳、臥板、膠合板、 墻紙、地毯、膠粘劑、膠水、各種涂料、塑料、橡膠、人造皮革等等。這些材料含有大量有毒的有機揮發物，它們的組成極為復雜，其中除甲醛外，常見的還有苯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、三氯甲烷、二異氰酸、酯類等。涵蓋有酸、醛、醇、酮、酯、芳香烴、烷烴等多種類型。有幾十種甚至幾百種在室內彌漫著！

    有機揮發物的釋放是無序揮發過程，它的揮發是一個漫長的過程，人們已成為壞質量空氣接收器受害者：氨讓人呼吸困難，細菌讓人染上病毒，苯讓人染上白血病、TVOC 讓人的肝臟受損、醛讓人變成畸形兒。

    在室內，除了以上所述裝飾裝修材料帶來有機揮發物的污染以外，還存在很多問題，譬如使用空調、彩電、計算機、電熱器等電器時， 電器周圍產生的高壓靜電使空氣正離子急劇增多，空氣負離子急劇減少，由于室內的封閉性，人在負離子濃度低的地方待久了會出現乏力、頭痛等癥狀。

    而徐老師研制的原子團簇半導體功能材料大大解決了上述問題。這款材料受激產生的電子和空穴，可以進一步在材料表面轉化為活性化學能，如羥基自由基、超氧陰離子自由基、氧負離子等，即使在黑暗條件（ 沒有紫外光和可見光存在） 原子團簇半導體功能填料受近紅外光激發，亦可產生活性基團，這表明激發光源得到充分拓寬，在材料表面產生羥基自由基等的活性基團，與空氣中的甲醛、苯系物等有害氣體發生化學反應起到降解作用，由原子團簇半導體材料改性的納米效應多功能涂料。

    經國家建筑材料測試中心檢測表明，該納米效應多功能復合涂料，對甲醛、甲苯的降解效果顯著，對氮氧化物具有氧化凈化的功能，對金屬基體具有光電化學保護作用。同時該涂層的各項基本性能亦符合相應標準的要求。2010 年由住房和城鄉建設部科技發展促進中心在北京進行科技成果評估，結論為該涂料兼具光催化降解功能和光電化學保護金屬功能，具有創新性，達到國際先進水平。

人物簡介

    徐瑞芬，1955年3月出生，北京化工大學 研究員級高級防腐蝕工程師，曾經獲得優秀教案獎、優秀班主任和大寶教學基金獎。發表科研論文60余篇，其中有4篇SCI收錄和3篇EI收錄。發明專利十幾項，技術發明二等獎一項。

    從1997年開始研究納米二氧化鈦材料的制備和生產技術， 2001~2003年期間，在北京市科委的納米粉體制備及應用技術研究平臺中承擔納米二氧化鈦生產及應用的技術負責人，率先發明了納米半導體摻雜能級拓寬光源光催化的納米二氧化鈦，并且率先開發納米粉體表面包覆、納米分散和納米相容的高難度技術。

    在2003~2004年，“亞穩態氯化法納米二氧化鈦制備技術及應用” 所完成的空氣凈化成功治理項目工程實例有：國家奧林匹克中心、上海東方明珠、諾基亞、吉利汽車、中國華能基團公司、人民大會堂等。形成的室內空氣凈化和清新的技術，2008奧運工程建設指揮部環保小組委托國家空調設備質量監督中心進行應用于奧運場館的空氣凈化器產品的檢測活動。

    2009~2011年期間，和太平洋石英制品公司、統一陶瓷、考普樂新材料公司等廣泛合作。