鱼鳃式潜水呼吸器

周　智

上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

本科生

1　工作原理与性能

1.1　鱼鳃式潜水呼吸器工作原理

纳米材料有极高的比表面积，当粒子直径为5 nm时，其比表面积达180 m2/g。鱼鳃式潜水呼吸器的表面是采用仿生技术，使用亲水材料制成纳米级薄膜，微观下类似于鱼鳃结构，与海水有极大的接触面积，同时其具有毛细血管的吸附功能（见图1），可以对海水中的氧气分子进行选择性吸收，使氧气像水银一样析出，然后通过纳米管道收集（见图2），再经过净化装置净化，即可供给人类呼吸。由于该过程主要应用材料在纳米微观下的物理特性，可以不消耗过多的能量就能维持设备正常使用。将该技术应用于潜水服，潜水服就成为人体的“呼吸皮肤”，源源不断向潜水员提供氧气。

图1　吸附作用示意图

图2　纳米管运输物质^[1]

1.2　鱼鳃式潜水呼吸器性能描述

（1）材料粒径2 ～ 10 nm，比表面积100 ～ 450 m2/g。

（2）宏观上每平方米该材料在水中产生氧气量为200 ～ 300 mL/min。

（3）纳米管直径2 ～ 3 nm。

2　应用领域与前景

人类对海洋探索的日益深入，但由于生理限制，人类无法在水中呼吸，这成为人类在海中活动的最大限制。鱼鳃式潜水呼吸器的出现将打破这一困境，它能够直接收集溶解于水中的氧气供给潜水员，这将打破传统氧气瓶的容量有限问题，大大延长潜水员水下停留时间。这将成为人类探索海洋的一大革命。

没有呼吸障碍，人类在海里的活动更加自由。在浅海地带，依靠鱼鳃式潜水呼吸器，潜水员可以长时间作业，无须频繁更换氧气瓶，提高作业效率。而在深海，鳃式潜水呼吸器配合其他保护装备，人类活动海底将成为可能，方便海底科研、探索与开发。此外，这项技术还会催生海底旅游行业，人们可以戴上鱼鳃式潜水器，在水下参观博物馆、休闲游戏或探险，亲身体验海底世界。同时海难发生导致的死亡率将大幅减少，有了鱼鳃式潜水呼吸器的保护，不会游泳的人亦不用担心溺水。

纳米技术、仿生技术的发展与新材料的研制是该技术能否实现的关键。目前，科学界在努力探索，新科技成就在不断涌现。我们相信，在将来，人类建立海底城市，生活于海下的童话场景会成为现实！

【注释】

[1]来源于http://www.yda.gov.cn.