一群年轻人让矿工的口罩“会说话”

孔骏喆

中青报·中青网记者 邢婷 通讯员 任波
# L1 L* U& |9 V3 P5月21日，内蒙古鄂尔多斯市一家口罩企业的生产车间，工人正在试用一款新型防尘口罩。传统口罩滤芯让呼吸沉重，高温高湿下更是憋闷难耐。而新款口罩采用的新材料让呼吸阻力比传统低了近三成——工人们戴上后呼吸顺畅了很多，没那么憋得慌。这是山东科技大学柳茹林科研小组2025年研发的一项成果，目前仍在持续完善中。
. B7 J5 t9 D2 M5 M9 \/ }- c" V5 ]# i最近一年来，这群年轻人没有止步：他们在研究怎么让口罩“开口说话”——能自动提醒“滤芯该换了”“该休息了”。目前，这款智能口罩已完成实验室验证，预期一年内启动产业化相关工作。
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科研小组成员合影。（山东科技大学供图）

/ x- ~* d) V( C- P; h- A口罩滤芯什么时候失效，没人说得准。换早了浪费，换晚了伤肺。这个难题在粉尘弥漫的车间和矿井存在了几十年。山东科技大学安全与环境工程学院的一群年轻人，一直在想办法解决它。
9 i. r& Y/ d4 Z# }# }* R柳茹林今年32岁，是该学院最年轻的研究生导师之一。她带的科研小组有8个学生，多数是00后。这群年轻人学的是安全工程，但在这之前，没几个人真正下过矿井。

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柳茹林在进行口罩纳米纤维滤料制备实验。（山东科技大学供图）

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: D: @# \6 A* F8 m+ L" `他们真正下定决心的那个瞬间，很普通。柳茹林第一次跟着安全与环境工程学院院长周刚去煤矿，看到工人从井下上来，摘下面罩大口喘气，滤棉上全是黑的。她问了句“这戴了多久”，工人说“从下井到现在，超过八个小时了，不知道还能不能挡得住”。柳茹林回忆：“当时就觉得，这事我们可以研究。”
& e% \, S* s7 f) M- j/ n柳茹林的研究生吴圣泽后来去合作企业参观，同样被深深触动。他看到矿工升井后摘下口罩，脸上被勒出红印，滤棉上全是煤灰。回来的路上他跟柳茹林说：“老师，我们一定要把智能口罩做出来。”
这个需求，周刚在井下调研时反复听到。作为长期从事矿山粉尘防治研究的学者，2024年夏天，他带领的团队接下了这个项目，并指导柳茹林科研小组具体攻关。
他们做的第一件事，是降低口罩的呼吸阻力。
经过反复大量试验，柳茹林和学生们用静电纺丝技术做出纳米纤维滤料。检测结果显示：呼吸阻力比国标要求的低30%。目前，这块滤料已通过内蒙古恩和实业有限公司，做成“特安护”系列半面罩进行测验试用，工人反馈透气性明显改善。
第二件事，是把传感器嵌进口罩里，让它实时监测温湿度和呼吸频率。
; P+ ]$ H3 P; L0 W1 b% C7 ?$ M5 ^温度、湿度两个传感器放在一起，信号会互相干扰。学生们查了上百篇文献，试了十几种材料，最终确定用电压信号测温度、电阻信号测湿度，从物理上分开两条信号通道。
试过的材料里，石墨烯、碳纳米管、二氧化锰都不理想，后来发现一种叫MXene（二维过渡金属碳化物）的材料对湿度极敏感，但它容易氧化。学生们又花了两个月，用化学方法进行抗氧化处理，有效延缓MXene氧化速率、增强了传感器的使用寿命。
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吴圣泽在智能监测口罩实验室进行测试。（山东科技大学供图）

传感器做出来了，数据怎么传出来？团队不会写代码，就去计算机学院请老师帮忙指导编写程序；不会焊电路，就找自动化学院的同学帮忙。2025年，这个项目拿了第十九届“挑战杯”山东省大学生课外学术科技作品竞赛三等奖，目前已完成实验室验证。
与此同时，团队还做了第三件事：防尘又防毒。
* X. v7 T7 C0 t- W+ p' a传统口罩要么防尘、要么防毒，两者机理不同，很难兼顾。他们用了一年多时间，把金属氧化物负载到纳米纤维上，让有毒有害气体先催化转化再被吸附。2024年底，科研小组发了相关研究论文，从理论上验证了尘毒协同防护的可行性。2025年，周刚团队的这个项目获批国家重点研发计划项目-关键矿产开采作业尘毒过滤方法与防护机制合作研究。
  g+ J0 k" u4 B/ `- a# S" J- c三年，三件事。从透气滤料到智能监测，从智能监测到尘毒协同。
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周刚指导科研小组成员开展静电纺丝纳米纤维滤膜研发。（山东科技大学供图）

2 b1 m4 v) @- ]% X, g* G; \“这群年轻人，干的是把论文写在矿井下的事。”周刚说。他长期扎根矿山一线，深知矿工的实际困难。
3 ]2 ^! ?" s: n; x+ g7 g% K在周刚看来，柳茹林这个年轻人组成的科研小组成长路径不是偶然的，该学院这些年一直在做一件事——把青年教师和学生推到生产一线去。“坐在实验室里想不出真问题。只有下过井、进过车间，才知道工人最需要什么。”周刚始终坚持认为。学院在实验平台、跨学科合作上给予支持，鼓励学生带着一线问题回来做科研。
+ T2 m2 r; S6 m这种模式正在产生效果。柳茹林科研小组之后，学院又有几个年轻课题组开始对接矿山企业的实际需求，从通风除尘到智能监测，方向不同，但路径相似——去一线找问题，回来做研究，再送回一线去验证。
9 O( B6 M, U4 d5 o' V1 _5 B“我们想证明一件事：安全工程的学生，不只是在书本上学安全，更要到现场去守护安全。”周刚说。
柳茹林说得更简单：“我们就是想做点有用的东西。”


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