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俞建勇院士、丁彬教授:研发出自组装二维纳米网络结构纤维空气过滤材料
文章来源:未知     点击数: 次     更新时间:2019-11-08 15:18

 据悉,近日,东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬教授带领的纳米纤维研究团队在自组装二维纳米网络结构纤维空气过滤材料研究领域取得了重要进展,相关成果以“高效、高透光、多功能自组装二维纳米网络结构纤维空气过滤材料”(Highly Efficient, Transparent, and Multifunctional Air Filters Using Self-Assembled 2D Nanoarchitectured Fibrous Networks,DOI: 10.1021/acsnano.9b07293)为题,发表于纳米材料领域著名期刊《ACS Nano》上。该论文第一作者为我校国际博士后入选者张世超,通讯作者为丁彬研究员。

 

日益严重的雾 霾污染问题对人体健康、生态环境及全球经济造成了严重的危害,急需加强防护与治理。过滤法因具有能耗低、操作简便、适用范围广等优势,已成为解决这一问题的重要手段之一。然而,现有空气过滤材料普遍存在直径粗、孔径大、材料厚重、过滤效率和空气阻力难以同步优化、功能单一等缺陷,严重限制了材料应用性能的大幅提升及应用领域的拓宽。

 

面对这一挑战,研究团队受自然界生物材料结构启发:网络状纤维材料,如蜘蛛网、蜂巢等,可有效提高材料的利用率及其多功能性。创新性地采用芳纶/聚氨酯双组分聚合物溶液,通过类电容静电喷网技术制备出了一种新型“刚柔并济”的高效、超薄、高透光二维纳米网络结构纤维材料。通过调控接收基材介电性能以控制微电场的分布状态,实现了荷电液滴喷射-形变-自组装的精确调控,大幅提高了单层纤维材料中纳米网络结构的覆盖率(提升10倍),从而显著增强了网络纤维材料对超细颗粒物的捕集能力。同时,兼具刚性与粘弹性的双组分芳纶/聚氨酯体系与二维网络结构有机结合,赋予了网络纤维材料“刚柔并济”的特性,其材料表现出优异的结构稳定性和力学性能(41.3 MPa),从而使材料在保持超薄(~350 nm)、高透光(~85.6%)的前提下依然可实现对盐性、油性超细颗粒物的高效低阻过滤(氯化钠PM0.3:99.984%,癸二酸二异辛酯PM0.3:99.947%;压阻仅为0.07%个大气压)。此外,该纳米网络纤维材料可有效捕集并杀灭(紫外照射下灭菌效率为90.5%)空气中的致病菌,具有优异的生物防护功能。

 

图1. 自组装二维纳米网络结构纤维材料的构筑与结构调控

 

图2. 自组装二维纳米网络结构纤维材料的过滤性能、透光性能与生物防护性能

 

该工作中提出的构筑自组装二维纳米网络结构纤维材料的策略,不仅为制备高性能、多功能超薄空气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、上海市科委、东华大学国际博士后项目的大力资助。

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