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東華大學俞建勇院士、丁彬研究員團隊在自組裝二維納米網絡結構纖維空氣過濾材料制備領域的最新研究成果
2019-11-09  來源:中國聚合物網

  近日,東華大學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自組裝二維納米網絡結構纖維空氣過濾材料研究領域取得了重要進展,相關成果以“高效、高透光、多功能自組裝二維納米網絡結構纖維空氣過濾材料”(Highly Efficient, Transparent, and MultifunctionalAir Filters Using Self-Assembled 2D Nanoarchitectured Fibrous Networks,DOI: 10.1021/acsnano.9b07293)為題,發表于納米材料領域著名期刊《ACS Nano》上。該論文第一作者為東華大學國際博士后入選者張世超,通訊作者為丁彬研究員

  日益嚴重的霧霾污染問題對人體健康、生態環境及全球經濟造成了嚴重的危害,急需加強防護與治理。過濾法因具有能耗低、操作簡便、適用范圍廣等優勢,已成為解決這一問題的重要手段之一。然而,現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化、功能單一等缺陷,嚴重限制了材料應用性能的大幅提升及應用領域的拓寬。

  面對這一挑戰,研究團隊受自然界生物材料結構啟發:網絡狀纖維材料,如蜘蛛網、蜂巢等,可有效提高材料的利用率及其多功能性。創新性地采用芳綸/聚氨酯雙組分聚合物溶液,通過類電容靜電噴網技術制備出了一種新型“剛柔并濟”的高效、超薄、高透光二維納米網絡結構纖維材料。通過調控接收基材介電性能以控制微電場的分布狀態,實現了荷電液滴噴射-形變-自組裝的精確調控,大幅提高了單層纖維材料中納米網絡結構的覆蓋率(提升10倍),從而顯著增強了網絡纖維材料對超細顆粒物的捕集能力。同時,兼具剛性與粘彈性的雙組分芳綸/聚氨酯體系與二維網絡結構有機結合,賦予了網絡纖維材料“剛柔并濟”的特性,其材料表現出優異的結構穩定性和力學性能(41.3 MPa),從而使材料在保持超薄(~350 nm)、高透光(~85.6%)的前提下依然可實現對鹽性、油性超細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%個大氣壓)。此外,該納米網絡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,具有優異的生物防護功能。

圖1. 自組裝二維納米網絡結構纖維材料的構筑與結構調控

圖2. 自組裝二維納米網絡結構纖維材料的過濾性能、透光性能與生物防護性能

  該工作中提出的構筑自組裝二維納米網絡結構纖維材料的策略,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、上海市科委、東華大學國際博士后項目的大力資助。

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

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(責任編輯:xu)
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