近日，我校紡織科技創新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊在高效駐極納米蛛網空氣過濾材料研究領域取得了重要進展，相關成果以《高效自極化駐極納米蛛網空氣過濾材料》（High-Performance PM0.3 Air Filters Using Self-Polarized Electret Nanofiber/Nets, DOI: 10.1002/adfm.201909554）為題，發表於材料領域著名期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)。該論文共同第一作者是紡織學院博士生劉惠和國際博士後張世超㊙️。
空氣中的顆粒物汙染問題對人類健康及全球環境造成了嚴重危害，尤其是具有最易穿透粒徑（~300 nm）的微細顆粒物（PM0.3），因其尺寸小、穿透力強、易攜帶大量致病微生物而危害性最強，急需對其加強防護與治理。纖維類過濾材料因成本低、性價比高等特點被廣泛應用於空氣中的有害顆粒物過濾⛹🏼♀️。然而🏋🏻，現有纖維空氣過濾材料普遍存在直徑粗、孔徑大、表面缺乏吸附性等缺陷🍄🟫，導致微細顆粒物PM0.3極易穿透而無法有效捕獲👳🏼，嚴重限製了材料的實際應用🍇。
針對上述問題👋🏽，研究團隊受自然界蜘蛛絲集灰、壁虎平滑表面自由遊走等現象的啟發，以聚偏氟乙烯為原料🤷🏿♀️，利用原位駐極靜電紡/噴技術，一步製備出了一種兼具小孔徑與強表面吸附作用的自極化駐極納米蛛網材料👉。通過調控電場強度及紡絲液本體性質🫨👷🏻♂️，實現了荷電液滴噴射-形變相變的精確控製以及聚合物分子晶型結構的同步轉變（α轉變為β）📋，大幅提升了材料中二維納米網狀結構的覆蓋率和聚合物分子的偶極矩，獲得了兼具小孔徑（~0.26 μm）與高極化電荷含量（表面電勢6.8 kV）的駐極納米蛛網材料🟨。該材料對最易穿透顆粒物PM0.3表現出顯著增強的攔截以及吸附作用📟🏊♂️，過濾效率可達99.998%，阻力壓降僅為大氣壓的0.1%。同時，由於聚合物的自極化駐極特點，使得材料中的電荷具有長效穩定性及抗環境幹擾性，在不同環境濕度條件下，其過濾效率基本保持不變（在極端濕度90%下，效率僅由初始的99.98%下降為99.93%）。此外，因納米蛛網具有極細纖維直徑（~21 nm）以及超薄厚度，該材料在過濾效率>99.97%時仍具有優異的透光性能（84%），為其作為透明窗紗的使用提供了可能。
圖1 自極化駐極納米蛛網材料的製備🍊😙、理化結構及空氣過濾應用示意圖
圖2 自極化駐極納米蛛網材料的過濾性能、透光性能與長效穩定性
該工作中提出的構築兼具小孔徑與高吸附性的自極化駐極納米蛛網空氣過濾材料的策略，不僅為製備高性能🤪🧑🏽🍼、長效穩定🌩❎、抗環境幹擾駐極微細顆粒物過濾材料提供了新思路，也為新型高效過濾/分離材料的設計與開發提供了指導與借鑒。該研究成果得到了國家自然科學基金項目的大力資助。