神奇的“石墨烯“口罩

石墨烯很神奇，但“石墨烯口罩”里真的有石墨烯吗，真的发挥了过滤作用吗，真的安全吗？只要你喜欢看照片又会做乘法和除法，你就能和妹妹一起用自己的独立思考回答以上这些问题，并且帮做“石墨烯口罩”的“科学家们”发现他们犯的错误。跟着六年级的妹妹一起来行动吧~

好奇的妹妹和妈妈一起在网上查到：石墨烯（Graphene）特指由单层碳原子组成的呈蜂巢状平面结构的二维材料。妹妹所画的标题示意图大致显示了最近被发往武汉疫区的40万只石墨烯基口罩的结构。研发这些口罩的团队对媒体说他们“借助石墨烯超大的比表面积优势可实现对微小颗粒物的直接吸附”将“石墨烯复合物溶液喷涂于过滤网上”生产出KN95石墨烯基防霾口罩（见下图居中的原理图）[1-2]。而这张图右侧上下排列的两张照片是这个团队用电子显微镜在不同放大倍数之下拍摄到的这种所谓喷涂了石墨烯的纤维过滤网在使用2小时后的样子。那些黄色箭头所指的像薄纸一样的东西就是石墨烯哦，看起来很酷吧~

仔细欣赏照片的妹妹忽然有些疑惑：“为什么在右下那张放大了一万倍的图中脏东西并没有粘在石墨烯上，却都在纤维上呢？”

妈妈听了之后很欣慰，对妹妹说：“这真是一个好问题，这的确和那个团队对大家解释的机理矛盾。根据他们自己的这些电镜照片，妈妈和她做纳米科研的朋友们也都不认为在这种情况下石墨烯对微小颗粒起了吸附作用。你这么小就知道要自己观察，独立思考，真棒！”

十万个为什么的妹妹继续问妈妈：“为什么科学家们要研究石墨烯呢？”

(图片来源于：金色财经)

单层石墨烯是目前世界上最薄也最坚硬的纳米材料，它几乎完全透明，导热及导电性能极佳。单层石墨烯还是构成其他碳基纳米材料的基本构建模块，它可以被包裹成零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或堆叠成三维的石墨。石墨烯基材料因为卓越的物理化学特性这十几年来引发了全球科研人员的广泛探索[4]。如果你想了解更多有关石墨烯的知识，可以去看李永乐老师的相关视频[5-6]

(石墨烯在生物医学领域的应用。图片来源于：https://kknews.cc/health/yb39vek.html)

但是–石墨烯基材料的毒性尚在科研阶段，不仅尚无定论，而且已有一些结果显示可能有害，特别是肺部吸入。在这种情况下，即使它过滤颗粒的性能再优秀，将石墨烯基材料用于口罩也是弊大于利的。[4]

面对一些同行或热心读者们对石墨烯基口罩安全性的质疑，这个石墨烯口罩的研发团队几天前做出说明，并提出了保证安全性的三个方面，其中的第一条是：“ 石墨烯负载量极少（每个口罩少于0.005g）。”[3]从这个质量数据出发，用初中物理中有关质量、密度和体积的知识点，再用上小学数学，大家就可以估算一下口罩中的单层石墨烯有多少层，从而回答“口罩里有没有石墨烯”这个问题。

妈妈和妹妹决定一起动手估算一下。一般的口罩差不多是16厘米长9厘米宽。而单层石墨烯的厚度是一个碳原子的直径，也就是大约0.3纳米。

啊~~~妹妹和妈妈根据那个研发团队说的石墨烯安全质量（小于0.005克）估算出口罩中可含有大约为510层石墨烯呀！那些口罩用了四层含石墨烯基材料的滤网， 就算他们的石墨烯被别的更大的原子或分子修饰过了，那么平均每张石墨烯基滤网上也大约有100多层的单层石墨烯。

因此我们知道口罩里肯定没有严格科学定义的石墨烯（单层石墨烯）。而100多层厚的石墨烯层叠加物更接近为石墨，就是你小学时天天用来写字的铅笔芯的原料。当然，也可能是100多层石墨烯碎片分散镶嵌在纤维中，但这需要进一步的电镜证据。而这类石墨烯基复合物中的石墨烯和纤维结合原理到底是什么？如不是化学键，而只是物理的范德华力，那么石墨烯的碎片很容易脱落，因而有可能形成类似于PM2.5的颗粒进入肺中。如果是化学键，那么成键反应过程中的其他化学物质是否有毒，如何保证没有更复杂的安全隐患？

总结

1、数学真的~真的~真的~很有用~~~小朋友们要好好学数学。

2、石墨烯是特指只有一层碳原子的平面蜂巢状结构。其他含有石墨烯的更复杂的材料通称石墨烯基材料，这是两个不同的概念，严谨的朋友们不要混用。

3、石墨烯很神奇，但也不是万能的，纳米材料的生物安全性不容忽视！石墨烯基口罩存在严重安全隐患，大家不要误买。

4、要独立思考，要多问几个“真的吗？为什么？”，而不是从网上、报纸上或者书上看到什么就全部都当成真的，还到处传。 “尽信书不如无书”。

5、我们要多反省自己，不随便论断他人。可是，当发现别人有可能出错时，要理性友好地对别人提出质疑，就事论事，实事就是，探求真理。