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  近日，東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領(lǐng)的納米纖維研究團(tuán)隊(duì)在自組裝二維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)纖維空氣過濾材料研究領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，相關(guān)成果以“高效、高透光、多功能自組裝二維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)纖維空氣過濾材料”（Highly Efficient, Transparent, and MultifunctionalAir Filters Using Self-Assembled 2D Nanoarchitectured Fibrous Networks,DOI: 10.1021/acsnano.9b07293）為題，發(fā)表于納米材料領(lǐng)域著名期刊《ACS Nano》上。該論文第一作者為東華大學(xué)國際博士后入選者張世超，通訊作者為丁彬研究員。

  日益嚴(yán)重的霧霾污染問題對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境及全球經(jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重的危害，急需加強(qiáng)防護(hù)與治理。過濾法因具有能耗低、操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，已成為解決這一問題的重要手段之一。然而，現(xiàn)有空氣過濾材料普遍存在直徑粗、孔徑大、材料厚重、過濾效率和空氣阻力難以同步優(yōu)化、功能單一等缺陷，嚴(yán)重限制了材料應(yīng)用性能的大幅提升及應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬。

  面對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)受自然界生物材料結(jié)構(gòu)啟發(fā)：網(wǎng)絡(luò)狀纖維材料，如蜘蛛網(wǎng)、蜂巢等，可有效提高材料的利用率及其多功能性。創(chuàng)新性地采用芳綸/聚氨酯雙組分聚合物溶液，通過類電容靜電噴網(wǎng)技術(shù)制備出了一種新型“剛?cè)岵?jì)”的高效、超薄、高透光二維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)纖維材料。通過調(diào)控接收基材介電性能以控制微電場(chǎng)的分布狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了荷電液滴噴射-形變-自組裝的精確調(diào)控，大幅提高了單層纖維材料中納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的覆蓋率（提升10倍），從而顯著增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)纖維材料對(duì)超細(xì)顆粒物的捕集能力。同時(shí)，兼具剛性與粘彈性的雙組分芳綸/聚氨酯體系與二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合，賦予了網(wǎng)絡(luò)纖維材料“剛?cè)岵?jì)”的特性，其材料表現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)性能（41.3 MPa），從而使材料在保持超薄（~350 nm）、高透光（~85.6%）的前提下依然可實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽性、油性超細(xì)顆粒物的高效低阻過濾（氯化鈉PM0.3：99.984%，癸二酸二異辛酯PM0.3：99.947%；壓阻僅為0.07%個(gè)大氣壓）。此外，該納米網(wǎng)絡(luò)纖維材料可有效捕集并殺滅（紫外照射下滅菌效率為90.5%）空氣中的致病菌，具有優(yōu)異的生物防護(hù)功能。

圖1. 自組裝二維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)纖維材料的構(gòu)筑與結(jié)構(gòu)調(diào)控

圖2. 自組裝二維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)纖維材料的過濾性能、透光性能與生物防護(hù)性能

  該工作中提出的構(gòu)筑自組裝二維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)纖維材料的策略，不僅為制備高性能、多功能超薄空氣過濾材料提供了新思路，也為新型高效過濾/分離材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了指導(dǎo)與借鑒。該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科委、東華大學(xué)國際博士后項(xiàng)目的大力資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.9b07293