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“誕生”于粒子加速器的尿不濕

時間:2019-06-11 13:03:26 來源:西南科技大學 作者:楊蕪萌

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如今,尿不濕已經成為了大眾普遍接受甚至離不開的嬰兒用品之一。可是在現代尿不濕出現之前,尿布才是每個嬰兒的必備品。父母們為寶寶準備的尿布可謂是五花八門,但是尿布的更換、清洗需要花費父母們大量的時間。后來,隨著尿不濕這種“一次性”用品的出現,讓換洗尿布這樣一件原本令父母們頭疼的事情變得簡單起來。尿不濕既讓父母們免去了白天給寶寶換洗尿布的麻煩,也讓寶寶在夜晚的睡眠質量提高了。那么,“造福”于父母和寶寶們的尿不濕的出現又要歸功于誰呢?讓人完全想不到的是,嬰兒們能夠用上如此方便的尿不濕,這其中居然還有粒子加速器的功勞。

起初,尿不濕并不是為嬰兒們發明的。20世紀60年代初,蘇聯以及美國都發生過宇航員進入宇宙飛船后,因為需要長時間的等待發射而遇到內急無法排尿的尷尬場面。1962年,美國太空總署太空飛行中心成立,華裔科學家唐鑫源出任材料研究所所長,并主持研究設計太空衣等項目。20世紀80年代,唐鑫源領導其團隊完成了對宇航員太空服的改進,其中包括發明了具有強力吸水性能的宇航員專用紙尿褲,解決了宇航員在宇宙飛船內排尿難的問題。

其實,早在20世紀40年代末,市場上就有嬰兒用的一次性尿布銷售,但是那時的一次性尿布吸水能力并不高,因此并沒有得到父母們的青睞。而具有強力吸水性能的宇航員專用紙尿褲中含有一種高分子聚合物材料——以高分子化合物為基體,配有其他助劑構成的高分子吸水樹脂。這種高吸水性樹脂能夠吸納其自身的50—100倍的水,并且具有很強的保水能力,一旦吸水膨脹,即使加壓也很難把水再分離出來。這種具有高吸水性的新型材料有著極大的商機,可是這種材料的制作成本相對較高,因此想要讓高吸水性樹脂得到更加廣泛的應用,就必須通過改進工藝來降低其制作成本。

20世紀90年代起,美國道氏化學公司開始對這種高分子聚合物材料進行深入研究。道氏公司的研究人員在LBNL(美國勞倫斯伯克利國家實驗室)找到了合作伙伴,同時,道氏公司的研究人員還帶了各種樣品到實驗站,在LBNL的ALS(先進光源)上進行分析。ALS是世界上紫外線及軟X射線能區的第一臺第三代同步輻射光源,由直線加速器、增強器、儲存環等組成。當電子束團被磁鐵導入圓形軌道時,這些束團以接近光的速度運行,沿切線方向發出高亮度的紫外線和X射線光,通過光束線分別輸送到各個實驗站。在ALS先進的X射線顯微技術的幫助下,道氏化學公司的研究人員們在第一時間看到了高吸水性聚合物材料吸納水分時的精細結構,并且成功為制造高吸水性聚合物材料的工廠設計了新的生產工藝,直到生產出完美的嬰兒尿不濕。

嬰兒尿不濕改變了父母們照顧孩子的方式,而這一切也都應歸功于粒子加速器在其中所做的貢獻。東北大學材料物理專業席林通表示:“粒子加速器是人類科技進步的充分必要條件,也是基礎科學的眼睛。如果人們不了解基本粒子的結構,就沒有量子理論,沒有量子理論人們現在可能就會走上另一條完全不同的發展道路”。正如現在走進千家萬戶的嬰兒尿不濕一樣,為了科學研究而發展的各種高新技術,在一定程度上也對人類的健康、財富和安全產生了極大的影響,這些高新技術甚至在我們不曾看到的地方扮演者關鍵的角色。

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西南科技大學楊蕪萌供稿

責任編輯:高永鋒

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