黄明欣团队采用粉末冶金的生产工艺，将不锈钢中铜的含量提升至20%，获得了具有抗新冠病毒特性的不锈钢。这样制得的高含铜量不锈钢，不仅能避免“铜脆”现象，而且其富铜沉淀物能均匀分布在整个金属制品中，即使制品表面磨损也不会影响其抗病毒效果。
新冠肺炎疫情暴发以来，“物传人”成为新冠病毒传播的重要途径之一。曾有研究显示，新冠病毒能在普通不锈钢材料表面存活3天之久。因此，研发出能够杀灭新冠病毒的不锈钢材料，成为业界和学界的一大目标。
用抗菌不锈钢制成的餐具（受访者供图）
近期，香港大学工程学院机械工程系黄明欣教授领导的团队与香港大学（李嘉诚医学院）免疫与感染研究中心潘烈文教授的研究团队合作，通过调整不锈钢的化学成分和微观组织结构，成功令不锈钢能杀灭表面附着的新冠病毒和其他常见病原体微生物。
新型不锈钢含铜20% 显示出强大的抗新冠病毒特性自20世纪初被发明后，凭借着在硬度、耐腐蚀性、可加工性等方面的优异性能，从公共场所的基础设施，到家庭生活的日常装潢，不锈钢成为公众最常接触的材料之一。
但随着新冠肺炎疫情席卷全球，不锈钢这个公共场所随处可见的基础材料，已成为新冠病毒扩散传播的载体——携带病毒的飞沫和呼吸道分泌物会附着在不锈钢材料上，使其成为潜在的病毒传播媒介。
例如，此前中国疾病预防控制中心曾对一起新冠病毒感染案例进行分析，认为同一单元楼内的住户极有可能因共用一部电梯，共同触摸不锈钢材质的电梯按键而造成病毒在住户中扩散。
在具体研究中，为了更好地比较不同不锈钢材料之间的抗菌抗病毒性能，黄明欣团队制备了多份样品，分别是常规的316不锈钢、含银0.3%和0.6%的不锈钢、4种含铜1%—20%不等的不锈钢以及纯银和纯铜。并且为了凸显其实用价值，他们还专门将其制备成了电梯按钮样式，以模拟在最常见的使用环境下，不同种类不锈钢的抗新冠病毒性能。
最终，研究结果显示，常规316不锈钢、纯银和含银不锈钢对新冠病毒和甲型H1N1流感病毒没有明显的抑制作用。而相比之下，纯铜和含铜不锈钢则表现出了十分显著的抗病毒特性。尤其是含铜量20%的不锈钢，其可以在3小时和6小时内分别显著减少其表面99.75%和99.99%的活体新冠病毒，显示出了强大的抗新冠病毒特性。
黄明欣表示，由于高含铜量不锈钢的制备采用的是粉末冶金的方式，这使得其可以不受材料表面磨损的影响，能在较长的时间范围内持续拥有抗新冠病毒特性。
从抗菌到抗病毒 把握不锈钢中的铜含量很重要其实早在这种抗新冠病毒不锈钢研发之前，能够抗菌的不锈钢就已十分普遍，并早早开始了工业化生产，而其中也是添加了铜和银。
中国科学院金属研究所研究员杨珂指出，铜和银已是业界公认的优秀抗菌材料，对包括大肠杆菌等在内的常见致病菌有着出色的抵抗能力。比如含铜量仅5%的抗菌不锈钢，便具有99%的抗菌率。因为密集的富铜沉淀物会永久留存在不锈钢基质中，产生持久的抗菌效果。而银的抗菌能力则更强，只要在不锈钢基质中添加0.3%的银，便可产生强大的抗菌效果。但抗菌不锈钢要想达到抗新冠病毒的效果，还需增加其中的铜含量。
不锈钢作为一种铁基合金，以铁为基本，生产过程中会加入镍、铬等元素以增强其性能。如果一味加入大量的铜，会使其基础性能发生改变，从而导致其不再具备不锈钢的特性，无法进行大规模应用。杨珂表示，生产抗病毒不锈钢，其最大挑战在于如何在加入足量的抗病毒元素的同时，又不改变不锈钢的核心性能。
铜虽然是不锈钢的核心元素之一，但加入过量也会严重影响不锈钢的核心性能。杨珂向记者介绍道，钢铁的热加工锻造过程，需要在1200℃左右的高温下进行，而铜本身的熔点大约为1080℃。铜加入过多会导致钢材在热加工时的锻造性变差，出现通常意义上的“铜脆”现象。
为了避免“铜脆”现象，同时又保证加入含量足够抗病毒效果的铜，有研究人员改用物理气相沉积、冷喷涂、离子注入等方法，为不锈钢涂上一层抗病毒涂层。但这些方法生产的涂层，厚度小于1毫米，很容易被磨损导致其抗病毒性能大幅下降，因此这类不锈钢材料无法取得长期的抗病毒效果，不具备大规模应用的价值。
而黄明欣团队此次采用了粉末冶金工艺，将不锈钢中铜的含量提升至20%，获得了具有抗新冠病毒特性的不锈钢。杨珂表示，粉末冶金方法是将金属粉末采用模具进行高压压制，随后再以较高的温度烧结定型。采用这种方法制造的高含铜量不锈钢，不光不会出现“铜脆”现象，而且其富铜沉淀物也不只分布在表面，而是均匀分布在整个金属制品中，因此即使制品表面磨损也并不影响其抗病毒效果。
市场空间仍待挖掘 扩大产业化规模应从两方面发力杨珂介绍，虽然实验效果显著，但抗病毒不锈钢要形成规模化、产业化，仍有很长的路要走。即使是目前工业生产已十分成熟的抗菌不锈钢，其仍有较大的市场空间等待挖掘。
“与我们合作的一家企业，2020年就生产和销售了5000吨抗菌不锈钢。”杨珂说，目前抗菌不锈钢工业已具有较大规模，且形成了相关的行业标准。2020年底，工信部已正式发布“含铜抗菌不锈钢”行业标准YB/T 4171-2020，涵盖含铜系列抗菌不锈钢的订货内容、技术要求、试验方法、检验规则等方面。但目前抗菌不锈钢仍主要应用于生产餐饮领域的餐具、厨具，如抗菌不锈钢筷子、菜刀等，且消费市场主要集中在江苏、浙江、广东，应用规模仍较小，使用场景较为单一。
杨珂还指出，生产抗病毒不锈钢所用的粉末冶金方法，工艺复杂、成本较高，无法成为主流的生产方式，并且过多铜元素的加入也会使得不锈钢的耐腐蚀性下降，使其无法用于生产高端产品，一定程度上限制了其应用场景。
杨珂认为，该研究成果虽然距离大规模应用仍需时日，但其打开了一扇新的窗口，使铜在不锈钢材料中的作用被更大程度显现了出来，并给予了不锈钢材料新的可能。“我们国家的抗菌不锈钢生产技术在世界范围内是领先的，抗菌不锈钢未来还可以有更大的用途，其中在医疗器械抗感染方面的应用最被看好。”
目前，杨珂等人也在与深圳地铁进行合作，开发抗菌不锈钢制成的把手、栏杆等。他认为，未来要想实现抗菌、抗病毒不锈钢的规模化应用，还应在两方面发力。一是在应用端找到合适的应用场景，比如可以在医院中用抗菌不锈钢建设样板房，起到示范效果。另一方面则是要加强基础研究。目前，铜离子抗菌抗病毒的作用机制仍然没有摸清，各种理论自成一派，没有统一的、具有广泛说服力的作用机制，一定程度上制约了抗菌、抗病毒不锈钢的发展。
（原标题：新型不锈钢6小时杀灭99.99%的新冠病毒 含铜不锈钢从抗菌向抗病毒迈进）
