核孔膜是由高能重带电粒子在绝缘物质上打孔并经化学蚀刻扩孔而成。当重离子在绝缘薄膜中的可蚀刻射程大于薄膜厚度时，在每个垂直入射的重离子路径上产生的辐射损伤，可用化学方法优先蚀刻，形成穿透绝缘薄膜的比值微孔通道。具有一个或多个这种穿透性微孔的绝缘薄膜称为核孔膜。

孔径、孔密度和孔长是核孔膜的基本参数。重离子在绝缘物质中产生的辐射损伤区域为3至5nm，是核孔膜孔径的下限 。控制蚀刻时间，孔径可从这一极限值扩大到几十微米，范围跨越肉眼不可见的4个数量级。

核孔膜的孔密度等于垂直照射在单位面积绝缘薄膜上的重离子数目。控制打在薄膜上的重离子流量，可以获得预定孔密度的核孔膜。核孔膜的孔密度从每片核孔膜上（几平方厘米）只有一个微孔至1012/cm2。这一上限由辐射损伤区域的直径决定。

核孔膜的孔长或核孔膜能达到的厚度与材料种类、重离子核素种类和能量有关，重离子在材料中的可蚀刻射程是用这种重离子和材料制造的核孔膜厚度的上限。高能重离子加速器产生的重离子能量较高，可以制作较厚（几十微米或更厚）的核孔膜。一般来说，厚度从8微米至十几微米的核孔膜，在过滤液体或气体时，既具有较大机械强度，又具有较大流速，是核孔膜作为精密过滤材料厚度的最佳范围。

用核孔膜分离气体中颗粒物的机理与液体固液分离机理不同。在深入研究核孔膜气体输运模型及气体中气溶胶颗粒物分离机理的基础上，清华大学核能与新能源技术研究院成功开发出高效分离PM2.5细颗粒物的功能核孔膜材料。该核孔膜具有特殊的杯罩微孔结构，且孔壁及膜表面经特殊处理, 可高效阻挡空气中PM2.5污染物，同时气体流通阻力极小，是用于防霾口罩和防霾纱窗的优异过滤材料。

经《清华大学核能与新能源技术研究院》及《中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所》检测，功能核孔膜对PM2.5的防护效率可达98%以上，气体交换通畅，自然扩散条件下 空气交换速度达每分钟1.1立方米/平米。

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