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 當(dāng)前，大氣中的霧 霾污染問(wèn)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)重危害，急需加強(qiáng)防護(hù)與治理。纖維類(lèi)過(guò)濾材料因具有成本低、適用范圍廣、易于規(guī)模化制備等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于空氣過(guò)濾領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有纖維空氣過(guò)濾材料普遍存在直徑粗、孔徑大、孔隙率低等缺陷，導(dǎo)致其仍面臨材料厚重、堆積結(jié)構(gòu)單一、過(guò)濾效率和空氣阻力難以同步優(yōu)化等局限性，嚴(yán)重限制了材料應(yīng)用性能的大幅提升。

針對(duì)上述問(wèn)題，東華大學(xué)俞建勇院士和丁彬教授帶領(lǐng)的納米纖維研究團(tuán)隊(duì)以高偶極矩聚合物聚丙烯腈為原料，利用新型濕度誘導(dǎo)“靜電紡/噴”技術(shù)，制備出了直徑細(xì)、孔徑小、孔隙率高且具有蓬松雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)的納米蛛網(wǎng)/纖維高效低阻空氣過(guò)濾材料。通過(guò)借助離子-偶極相互作用提升溶液荷電能力，促進(jìn)了泰勒錐尖端荷電流體的可控噴射，進(jìn)而通過(guò)調(diào)控環(huán)境濕度氛圍，誘導(dǎo)控制聚合物溶液體系的相分離速度與程度，實(shí)現(xiàn)了射流、液滴的同步形變/相變/自組裝，獲得了具有蓬松雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)的納米蛛網(wǎng)/纖維空氣過(guò)濾材料。該材料中二維超細(xì)（~20 nm）納米蛛網(wǎng)與蓬松納米纖維支架網(wǎng)絡(luò)緊密溶接，從而形成了穩(wěn)定的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并賦予了材料孔徑小（<300 nm）、孔隙率高（93.9%）、堆積密度低（0.18g cm-3 ）、表面化學(xué)極性強(qiáng)（偶極矩 4.3 D）等特點(diǎn)。

（蓬松雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)納米蛛網(wǎng)/纖維制備過(guò)程、微觀結(jié)構(gòu)及空氣過(guò)濾應(yīng)用示意圖）

材料中二維納米蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有直徑細(xì)、孔徑小的特性，不僅提升了材料對(duì)超細(xì)顆粒物的吸附、篩分作用，還顯著增強(qiáng)了其空氣滑移效應(yīng)；同時(shí)，準(zhǔn)三維納米纖維支架網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)出了堆積蓬松、孔隙率高的優(yōu)勢(shì)，從而有效促進(jìn)了氣流在纖維間的滲透擴(kuò)散，大幅降低了材料的空氣阻力。結(jié)合上述兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，該雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)納米蛛網(wǎng)/纖維材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中超細(xì)顆粒物的高效低阻過(guò)濾，其對(duì)最易穿透粒徑顆粒物 PM0.3 的過(guò)濾效率高達(dá) 99.99%，阻力壓降僅為大氣壓的 0.11%；同時(shí)，可快速凈化室內(nèi)空氣 PM2.5 ，且具有長(zhǎng)效循環(huán)使用性能。

（蓬松雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)納米蛛網(wǎng)/纖維材料的空氣過(guò)濾性能展示）

該工作中提出的構(gòu)筑蓬松雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)納米纖維材料的策略，不僅為制備高性能納米蛛網(wǎng)/纖維空氣過(guò)濾材料提供了新思路，也為新型高效過(guò)濾/分離材料的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供了指導(dǎo)與借鑒。研究成果以“A Fluffy Dual-Network Structured Nanofiber/Nets Filter Enables High-Efficiency Air Filtration”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上，文章 DOI: 10.1002/adfm.201904108。論文共同第一作者為紡織學(xué)院博士生劉惠和材料學(xué)院博士畢業(yè)生張世超。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委項(xiàng)目的大力資助。