当“硬核科技”走进生活：什么是核孔膜？

“有没有清华大佬知道这个团队怎么不做了”

2 月份，网友 @YANG：在小红书发帖，求一款好用、但购买链接已经下架的水垢过滤器。

图片由@YANG: 提供

“好像是我们学院老师做的。”

这位网友所提到的老师，是核物理专家王玉兰教授，深耕核孔膜技术 30 年。

谁也没想到，一个小小的水垢过滤器背后，竟藏着一段“国之重器”惠及民生的科研故事。

什么是核孔膜？

核孔膜，全称“核径迹蚀刻微孔膜（Nuclear Track-Etched Membrane）”，是一种利用重离子辐照与化学蚀刻技术制备的高精度微孔膜材料。

它的制造过程分为两步：

首先，使用加速器产生的重离子束流照射高分子塑料薄膜，在经过的路径上留下一条肉眼不可见的辐照损伤通道。

再将薄膜浸入化学蚀刻液，蚀刻液沿着这些通道优先溶解，把损伤轨迹“洗”成一个个贯通膜体两侧的真实微孔[1]。

制造者可以通过调整辐照剂量、入射角度和蚀刻时间，精确控制微孔的密度、方向和孔径大小。

图片来源：中国核技术网

滤膜基材本身为高分子电介质，凭借高度均一的直通圆柱形微孔结构，几乎不会析出金属杂质污染滤液，核孔膜可实现近乎理想的筛分式过滤，广泛应用于精密过滤、生物医学、环境监测等领域，也是常规商用滤膜里孔径均一性好、筛分精度高的膜材料之一。

从实验室到规模化生产

实际上，在 20 世纪 60 年代，核孔膜整套径迹蚀刻制造原理就已经成型。

1964 年，美国通用电气（GE）研究中心的 Fleischer、Price 和 Walker 等科学家在研究高能裂变碎片穿过固体材料时发现，这些粒子会在材料内部留下“核径迹”[2]。这一发现奠定了核径迹蚀刻技术的基础，也拉开了核孔膜研究与应用发展的序幕。

20 世纪 70 年代，美国率先实现了核孔膜的产业化和商业化。

20 世纪 80 年代中期，我国开始系统开展核孔膜自主研发工作。

然而，核孔膜技术从实验室转化为规模化工业生产，绝非易事：

一方面，核孔膜的成孔过程涉及重离子辐照与化学蚀刻等多个环节，孔径、孔型、孔密度以及膜面均匀性的精准控制，都对工艺稳定性提出了极高要求。“微观层面来说，哪怕是极其微小的误差，都可能使核孔膜的性能在某些领域的应用产生天壤之别。”[3]

另一方面，受限于重离子加速器辐照成本、生产效率以及复杂工艺流程等因素，核孔膜生产成本和市场价格明显高于普通微滤膜，这也制约了其大规模推广应用。

核孔膜生产原理

1978 年 8 月，原子能院（时为“中国科学院近代物理研究所”）从美国引进了一台串列静电加速器；1987 年 8 月，HI-13 串列加速器在原子能院建成。中国原子能科学研究院依托 HI-13 串列加速器开展核孔膜制备技术研究，推动了国产核孔膜的发展。

2000 年，原子能院建成 HI-13 串列加速器核孔膜辐照专用束流线，实现核孔膜批量生产[4]，为我国核孔膜规模化制备提供了重要技术支撑。

HI-13串列加速器。图片来源：中国核工业集团有限公司

与此同时，中国科学院近代物理研究所也依托兰州重离子加速器装置（HIRFL）陆续建设了多个核孔膜辐照生产终端和产业化基地[5]，进一步推动我国核孔膜的规模化生产与产业化应用。

2025 年 10 月28 日，中国科学院近代物理研究所主持建造的国家重大科技基础设施——强流重离子加速器装置（HIAF）调试成功。目前，依托这个基础设施，全球首条大规模重离子核孔膜生产线正在广东惠州加速建设，建成后预计具备 100 万平方米/日核孔膜的生产能力[6]。

强流重离子加速器装置鸟瞰图。图片来源：新华社

除了重离子加速器相关支撑条件外，在具体的制备技术上，我们开头所提到的王玉兰教授，基于 30 年的研究基础，实现了全球独创非对称孔的技术突破，并解决了稳定性差、孔径和孔型控制难、量产困难、成本高昂等难题[3]。

当“硬核科技”走进生活

作为新型精密过滤材料，核孔膜凭借其“精准筛分”的特点，应用相当广泛：

在医学领域，核孔膜被广泛应用于输液过滤、生物制药和医学检测等场景，有助于降低输液微粒带来的风险。在宫颈癌筛查常用的液基薄层细胞学检测（TCT）中，核孔膜能够对脱落细胞进行富集和分离，减少杂质干扰，提高检测的准确性和可靠性。

经过特殊工艺处理，核孔膜还可以被制成具有特定微孔图案的防伪膜。由于其微观结构复杂且难以精准复制，被称为是一种“几乎不可复制”的防伪技术，可用于特种防伪标签等安全等级较高的场景。

核孔膜防伪。图片来源：参考资料[7]

随着新能源技术快速发展，核孔膜还为锂电池性能提升带来新的可能。凭借高度均一的孔道结构和可精确调控的孔径，核孔膜可用于高性能锂电池隔膜、固态电池离子传输骨架以及纳米电极材料等方向。特别是在锂金属电池和固态电池研究中，核孔膜通过构建规则离子传输通道，有望提升电池的安全性和循环稳定性。

除了这些“硬核应用”，这种依托粒子加速器造出的“高精尖”薄膜，还悄悄走进了我们的生活。

像是网友在“求”的这款核孔膜滤水器，本质上是核孔膜精密筛分能力在日常生活中的应用之一。

又比如水果保鲜——

一个突击提问，你有没有发现：自己几乎完全没吃过新鲜枸杞？

另外，“一日色变，二日香变，三日味变”的荔枝，如何从枝头跨越千里仍然晶莹剔透；极易腐坏的杨梅如何在经历长途运输后仍然娇嫩多汁……果蔬的保鲜，一直以来都是农产品流通中的一大难题。

现在的生鲜运输，大多采用冷链技术，减缓水果的腐烂速度。其成本高昂，还会造成环境污染。而核孔膜，为这个难题提供了一种全新的解决思路。

不依赖冷链、不需要添加任何化学成分，果蔬直接装箱即可发货，用核孔膜生产的保鲜纸箱，依靠材料本身的微孔结构，能持续调控包装内的气体环境，像“会呼吸”一样，让果蔬在整个储运周期内始终处于动态的保鲜状态，同时还能阻止外部细菌、霉菌侵入。

以鲜枸杞为例，传统冷链运输若超过 48 小时未送达，就可能出现变质，“核孔膜常温自发气调保鲜技术”方案，使得鲜枸杞在 37℃ 储存温度下，保鲜时间从不到 1 天延长到 3 天[8]。

在 2026 年全国荔枝科技大会上，由东江实验室提供核孔膜技术支持的果蔬保鲜箱、保鲜袋，让产自茂名、湛江等地的广东荔枝实现 72 小时保鲜的目标[9]。

据报道，针对云南野山菌、甜竹笋等珍贵果蔬适用的核孔膜材料，也已经在研发之中。

樱桃专用型“核孔膜保鲜箱”

从实验室到田间地头，从服务于科学研究的创新成果到改善日常生活的精密材料，当越来越多的产业需求与科研创新相遇，这张布满微孔的薄膜，或许将带给我们更多的期待与想象。

参考文献

[1]郭士伦. 核孔膜的特性和应用[J]. 物理, 1988, 17(5).

[2]Fleischer R L, Price P B, Walker R M. Tracks of charged particles in solids[J]. Science, 1965, 149(3682): 383-393.

[3]攻克“卡脖子”技术，邻得膜如何用30年核孔膜研究打破海外垄断？

https://www.vbdata.cn/1519017452

[4]秦久昌, 张桂莲, 崔心炜, 等. HI-13串列加速器核孔膜辐照专用束流线的研制[J]. 原子能科学技术, 2000, 34(6): 550-555.

[5]重离子微孔膜技术

https://imp.cas.cn/cgzh2017/cyhxm/202207/P020220706506743024762.pdf

[6]一张科技膜让果蔬保鲜期延长一周

https://epaper.nfnews.com/nfdaily/html/202603/08/content_10164611.html

[7]https://www.gzlaser.com/news/665.html

[8]邻得膜常温自发气调保鲜技术：破局“保鲜”难题的核科技力量

https://m.huanqiu.com/article/4MQxmoYYNtK

[9]东江实验室：一张会“呼吸”的膜锁住广东“鲜”

http://www.huizhou.cn/news/newsc_counties/newsc_hz/202606/t20260609_1654262.htm

[10]从核技术实验室到百姓餐桌：一位女科学家如何用“原子弹级”技术破解民生难题https://cfsn.cn/news/detail/675/293525.html?view=pc

策划制作

作者｜逸骁 北京大学传播学硕士

审核｜董文钧 北京科技大学材料科学与工程学院教授

策划｜杨雅萍