俞建勇课题组：高效自极化驻极纳米蛛网空气过滤材料制备领域的最新研究成果 -

标题: 俞建勇课题组：高效自极化驻极纳米蛛网空气过滤材料制备领域的最新研究成果 [打印本页]

作者: dieluo 时间: 2020-2-23 07:00
标题: 俞建勇课题组：高效自极化驻极纳米蛛网空气过滤材料制备领域的最新研究成果
纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在高效驻极纳米蛛网空气过滤材料研究领域取得了重要进展，相关成果以《高效自极化驻极纳米蛛网空气过滤材料》（High-Performance PM0.3 Air Filters Using Self-Polarized Electret Nanofiber/Nets, DOI: 10.1002/adfm.201909554）为题，发表于材料领域著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)。该论文共同第一作者是纺织学院博士生刘惠和国际博士后张世超。

   空气中的颗粒物污染问题对人类健康及全球环境造成了严重危害，尤其是具有最易穿透粒径（~300 nm）的微细颗粒物（PM0.3），因其尺寸小、穿透力强、易携带大量致病微生物而危害性最强，急需对其加强防护与治理。纤维类过滤材料因成本低、性价比高等特点被广泛应用于空气中的有害颗粒物过滤。然而，现有纤维空气过滤材料普遍存在直径粗、孔径大、表面缺乏吸附性等缺陷，导致微细颗粒物PM0.3极易穿透而无法有效捕获，严重限制了材料的实际应用。
   针对上述问题，研究团队受自然界蜘蛛丝集灰、壁虎平滑表面自由游走等现象的启发，以聚偏氟乙烯为原料，利用原位驻极静电纺/喷技术，一步制备出了一种兼具小孔径与强表面吸附作用的自极化驻极纳米蛛网材料。通过调控电场强度及纺丝液本体性质，实现了荷电液滴喷射-形变相变的精确控制以及聚合物分子晶型结构的同步转变（α转变为β），大幅提升了材料中二维纳米网状结构的覆盖率和聚合物分子的偶极矩，获得了兼具小孔径（~0.26 μm）与高极化电荷含量（表面电势6.8 kV）的驻极纳米蛛网材料。该材料对最易穿透颗粒物PM0.3表现出显著增强的拦截以及吸附作用，过滤效率可达99.998%，阻力压降仅为大气压的0.1%。同时，由于聚合物的自极化驻极特点，使得材料中的电荷具有长效稳定性及抗环境干扰性，在不同环境湿度条件下，其过滤效率基本保持不变（在极端湿度90%下，效率仅由初始的99.98%下降为99.93%）。此外，因纳米蛛网具有极细纤维直径（~21 nm）以及超薄厚度，该材料在过滤效率>99.97%时仍具有优异的透光性能（84%），为其作为透明窗纱的使用提供了可能。
   该工作中提出的构筑兼具小孔径与高吸附性的自极化驻极纳米蛛网空气过滤材料的策略，不仅为制备高性能、长效稳定、抗环境干扰驻极微细颗粒物过滤材料提供了新思路，也为新型高效过滤/分离材料的设计与开发提供了指导与借鉴。该研究成果得到了国家自然科学基金项目的大力资助。
   文章来源：东华大学
   丁彬，1975年5月出生。东华大学纺织学院纺织材料学科研究员、博士生导师，纺织学院副院长,国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心副主任。主要研究成果有：主编中文书籍《静电纺丝与纳米纤维》、主编英文书籍《Electrospun Nanofibers for Energy and Environmental Applications》、合著出版英文书籍11部、在国际核心期刊如：NatureCommunications,ACS Nano, Progress in Materials Science, Nano Today, MaterialsToday, Journal of Materials Chemistry, Nanoscale等期刊共发表SCI论文150余篇(单篇最高影响因子27.4，论文被引用5000余次)、获授权发明专利35项。
   俞建勇，1964年5月出生。中国工程院院士，东华大学教授，博士生导师。1991年中国纺织大学研究生毕业，获博士学位。长期致力于纺织材料领域的科研与教学，在天然纤维资源开发、化学纤维创制应用、新型结构纱线、纺织复合材料和纺织功能材料等方面开展系列研究工作。突破黄麻纤维精细化与制品加工关键技术，推动天然纤维资源的深度开发与利用；攻克竹浆纤维制造及其产品应用关键技术，促进生物质纤维的产业化发展；研发新型环锭集聚纺技术及加工系统，提升产品高端化发展水平；研发特种纺织复合结构及其成形关键技术，成功应用于新型战略武器系统发展并起到重要作用。获国家技术发明二等奖2项，获国家科技进步二等奖2项；合著书籍3部；发表论文400余篇；授权国家发明专利100多项；指导研究生100余名。

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