石墨烯抗菌材料的技术发展

新冠疫情以来，病毒通过国际航班跨国传播成为国内外疫情反复的重要原因，客舱内部的抗菌、抗病毒能力引起航空产业链各方高度重视。基于此，抗菌客舱内饰的发展成为航空业关注的一个重要方向。

飞机客舱作为典型的高密度半封闭空间，在疫情期间不仅可能造成乘客和机组人员的感染，还有加剧传染性疾病在不同国家和地区快速传播的风险。客舱内病毒、细菌传播的方式主要有3种，分别是空气传播、近距离接触传播（包括近距离空气传播、直接吸入飞沫以及可吸入飞沫沉积到人体粘膜上）、表面接触传播（包括食品和水的供应过程、表面接触和使用洗手间的过程等）。

其中，表面接触传播占比最高，超过50%，携带病毒、病菌的乘客接触飞客舱内部件则会造成病原体大量残留于靠椅表面、织物表面、餐桌、卫生间等客舱内饰表面或缝隙中，成为长期污染源。因此，发展具有抗菌灭菌功能的客舱内部构件则具有重要意义。

国内对于抗菌内饰的研究已经取得了较丰富的成果。

抗菌内饰材料的发展

国内对于抗菌内饰的研究已经有十余年，取得了丰富的成果。例如，周兆明等人在2009年申请了“天然抗菌环保型飞机内饰纺织品”专利，该专利仅使用传统竹纤维的抗菌性质开发出织物，未额外使用抗菌成分。航天一院703所针对新一代载人飞船试验船阻燃、抗菌的需求，研制了“大曲率异形碳纤维夹层内饰板”结构材料，该内饰板对常见的6种最易生长的菌群抗菌率均达90%以上。

但由于缺乏迫切的需求，此前国内抗菌客舱材料的应用及产业化一直进展缓慢。受此次新冠疫情影响，抗菌内饰材料的发展再次得到重视。2020年，北汽、吉利等厂商已经开发出车用抗菌内饰材料，抗菌剂使用竹纤维和纳米银，抗菌性能超过99%，满足国标抗菌率＞99%的Ⅰ级要求。

2020年10月29日，空客向中国南航交付的最新一批A320飞机已经在部分部位装配抗菌涂层。飞机盥洗室内洗手台和马桶坐垫上的抗菌涂层能够阻止并消灭微生物细胞，有效性超过12年；飞机在座椅安全带、扶手、小桌板、头顶行李箱开关及门把手处也装有抗病毒涂层，该涂层可在10min内灭活内饰表面99.9%的冠状病毒，病毒灭活有效期可保持1年。

Aeros 公司与BioCote合作推出飞机抗菌内饰及部件。

国外已有抗菌客舱内饰产品实现应用的案例。飞机内饰制造商Aeros 内饰解决方案公司与英国BioCote合作推出飞机抗菌内饰及部件，包括用于驾驶舱、盥洗室的部件，以及抗菌座椅、安全带等。该公司开发了浸渍抗菌溶液和制备具有抗菌性能的复合材料两种抗菌材料制备路线，其中座椅表面织物、安全带等通过浸渍银离子，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌有效性大于99.9%，同时对沙门氏菌、弯曲杆菌、李斯特菌、霉菌、真菌及甲型H1N1流感病毒具有有效的杀灭效果；而驾驶舱操纵杆、盥洗室部件等通过制备抗菌复合材料，使部件具有长效抗菌效果。

2020年，针对新冠疫情的影响，Aeros开发了抗菌涂层产品，可以在不更换客舱内零部件的情况下喷涂座椅、扶手、餐桌等，使这些部件具备长期抗菌性能。

座椅表面织物及安全带等通过浸渍银离子，可对多种细菌与病毒拥有有效的杀灭效果。

石墨烯材料抗菌效果研究进展

石墨烯是由碳原子构成的二维材料，具有极大的比表面积。石墨烯的抗菌抗病毒能力一方面来自于本身的氧化应激作用，能够破坏细胞和病毒结构；另一方面可以作为多种抗菌试剂的载体，大幅提高它们的均匀分散和抗菌效果，降低成本。

自2010年起，石墨烯材料开始被用于抗菌抗病毒领域，其抗菌抗病毒能力已在多种材料体系中得到验证。

新加坡南洋理工大学系统性研究了石墨烯及其衍生物的本征抗菌性能，其中氧化石墨烯具有最好的抗菌能力。

中科院上海应用物理研究所研究了氧化石墨烯的抗菌性能，2h内灭菌效果达到98.5%。华中农业大学研究了氧化石墨烯抗病毒性能，在仅1.5mg/L的低浓度下，1h内氧化石墨烯可以杀灭95%的病毒。除纯石墨烯材料外，石墨烯负载银、铜、二氧化钛等复合抗菌材料也显示出更好的抗菌效果。

韩国全球海水淡化研究中心、新加坡国立大学分别研究了石墨烯负载银和铜的抗菌性能，均体现出超过98%的抗菌性能。石墨烯具备不挥发、不流失的优点，具备长效抗菌能力。

在石墨烯抗菌材料的应用研究方面，中国航发北京石墨烯技术研究院开发了聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂等多种体系石墨烯抗菌复合材料。其中，石墨烯聚乙烯抗菌薄膜对大肠杆菌、金黄葡萄球菌的抗菌率超过99.9999%，菌落数量可由69亿个降低到1000个以内；石墨烯聚丙烯复合材料熔喷布对冠状病毒（HCoV-229E）的有效率为99.22%，目前已形成抗病毒口罩产品；开发了石墨烯环氧树脂，抗菌效率超过99.99%，是制备抗菌结构-功能一体化材料的重要原材料，相关技术可用于抗菌复合材料或涂层的生产。

石墨烯抗菌复合材料检测结果。

石墨烯抗菌技术应用展望

国内外研究院所已经就石墨烯材料的抗菌、抗病毒性能做了较为全面的探究，在多种材料体系中进行了验证实验，证明了其有效性。

国内已开发出聚烯烃、环氧树脂等体系的高效抗菌材料，并实现了应用，这些工作为石墨烯抗菌客舱内饰的开发打下了坚实的基础。

石墨烯抗菌材料应用展望。

国外部分供应商已经开发出具备抗菌性能的客舱内饰，并投入使用，在疫情的影响下，国内开发具有自主知识产权的高效抗菌抗病毒客舱内饰更加具有紧迫性。石墨烯抗菌材料经过10年的技术探索，技术成熟度不断提升，目前已经具备了作为抗菌客舱内饰应用的条件。

客舱内饰构件种类繁多、材质迥异，对于抗菌性能、寿命周期、生产成本的要求也有很大差别。根据制造方法、应用场景，未来石墨烯抗菌内饰的开发可以分为3类。

（1）石墨烯抗菌结构复合材料。石墨烯在复合材料基体中均匀分散，其抗菌寿命等同于材料服役寿命，不会因为客舱内构件损伤而损失抗菌效果，但造价也较高。石墨烯抗菌复合材料适用于舱内所有构件的制造，特别适合频繁使用的驾驶舱操作杆、餐桌、卫生间各部件。

（2）涂层喷涂。石墨烯抗菌涂层，喷涂于现有客舱内表面，或构件表面，也具备长期抗菌性能，脱层脱落会造成部分区域失去抗菌性能。对于现存机型而言，使用石墨烯抗菌涂层进行喷涂成本更加便捷、成本更低。

（3）溶液浸渍。溶液浸渍适合座椅靠背表面、毛巾毛毯等织物类的抗菌性能提升。操作简便、成本低廉，抗菌性能可能会随着织物磨损、长期多次清洗而降低，使用寿命低于复合材料及涂层喷涂的方式。（郭建强，崔玺康，邓佳）