基於摩擦納米發電機的自驅動靜電吸附麵罩

來源：易絲(si) 幫

隨著工業(ye) 化進程加速，環境汙染嚴(yan) 重，不可避免的給人們(men) 帶來負麵影響，用於(yu) 監測和防護人體(ti) 各功能區的可穿戴式防護設備就顯得尤為(wei) 重要。目前，可穿戴式防護設備的過濾機製主要是物理過濾、物理吸附等，其過濾機製單一，壽命短，對大顆粒的過濾效果較好，但對小顆粒的過濾效果卻極為(wei) 有限，尤其是空氣中懸浮的超細粒子（粒徑<1μm），傳(chuan) 播距離遠、比表麵積大、易攜帶病毒，吸入人體(ti) 後易在呼吸道、肺泡等沉積，甚至進入血液，對人體(ti) 危害較大。因此，這類防護設備尚不能滿足人類自身的健康需求。

日前，中國科學院北京納米能源與(yu) 係統研究所張弛研究員和王中林院士指導的團隊，基於(yu) 聚偏氟乙烯（PVDF）靜電紡絲(si) 與(yu) 摩擦納米發電機（TENG），研製了自驅動靜電吸附麵罩。這一成果近期發表在ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 7126–7133上，文章的作者是中國科學院北京納米能源與(yu) 係統研究所博士研究生劉國旭和碩士研究生聶錦輝。

該麵罩可收集人體(ti) 呼吸過程中產(chan) 生的機械能並通過摩擦納米發電機轉換為(wei) 電能，為(wei) 靜電吸附提供*的能量，對於(yu) 微細粒子的捕集作用非常有效。經過靜電紡絲(si) 製備的薄膜具有良好的致密性和透氣性，本身具有良好的物理過濾效果（圖a/b），這種物理過濾機製和靜電吸附的耦合，進一步增強了對微粒的捕集作用，不僅(jin) 對大顆粒的過濾效果明顯，而且對小顆粒、尤其是超細顆粒的過濾十分有效（圖b/c/d），膜片的過濾壽命也大大延長。經過前後間隔30天的4小時連續測試發現，麵罩對大顆粒的過濾效果始終維持在99.2%以上，而對極小顆粒的移除效率也高達86.9%（圖e/f）。

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圖(a)人的吸呼機械能經過摩擦納米發單機收集轉化為(wei) 電能；(b)麵罩靜電吸附的三個(ge) 過程(i) 空氣中的顆粒與(yu) 薄膜接觸(ii) 通過接觸起電和電荷轉移等方式使得不帶電的顆粒帶電，(iii)隨著顆粒在薄膜的進一步深入，所有的顆粒都被吸附。(c)薄膜過濾後的區域和未過濾的區域微觀圖像對比；(d)摩擦納米發電機的過濾效果與(yu) 單一薄膜的過濾效果的對比；(e)4小時連續過濾測試；(f)30天後四小時連續過濾測試。

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