基於摩擦納米發電機的自（zì）驅動靜（jìng）電吸附麵罩

來（lái）源：易絲幫

隨著工業化進程加（jiā）速，環境汙染嚴重，不可（kě）避免的（de）給人們帶來負麵影響，用於監測和防護人（rén）體各功能區的可穿戴式防護設備就顯得尤為重要。目前，可穿（chuān）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（duì）大顆粒的過濾效果較（jiào）好，但對小（xiǎo）顆粒的過濾效果卻極為有限，尤其是空氣中（zhōng）懸浮的超細粒子（粒徑<1μm），傳播距離遠、比表麵（miàn）積大、易攜（xié）帶病毒（dú），吸入人體後易在呼吸道、肺泡等沉積，甚至進（jìn）入血液，對人體危害（hài）較大。因此，這類防護設備尚不能滿足人類自身的健康需求（qiú）。

日前，中國科學院北京（jīng）納米能源與係統研究所張弛研究員和王中林院士指導的團隊，基於聚偏氟乙烯（PVDF）靜電（diàn）紡絲與摩擦納米發電機（TENG），研製了（le）自驅動靜電吸（xī）附麵（miàn）罩。這（zhè）一成（chéng）果近期發表在ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 7126–7133上，文章的作者是中（zhōng）國科學院北京納米能源與係統研究所博士研究生劉國旭和碩士研究（jiū）生聶錦輝。

該麵罩可收集人體呼（hū）吸過程（chéng）中產生的機械能並通過摩擦納米發電機轉換為電（diàn）能，為靜電吸附提供*的能量，對於微細（xì）粒子（zǐ）的（de）捕集作用非常有效。經過靜電紡（fǎng）絲製（zhì）備的薄膜具有良好（hǎo）的致密性和透氣性，本身具有良（liáng）好的物理過（guò）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（bǔ）集作用，不僅對大顆粒的過濾效果明顯（xiǎn），而且對小顆粒、尤其是超細顆粒的過濾十分有（yǒu）效（圖b/c/d），膜片的過濾壽命也大（dà）大（dà）延（yán）長。經過前後間隔30天的4小時連續測試發現，麵罩（zhào）對大顆粒的過濾效果（guǒ）始（shǐ）終維持在（zài）99.2%以上，而（ér）對極小（xiǎo）顆粒的移除效率也（yě）高達86.9%（圖e/f）。

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圖(a)人的吸呼機（jī）械（xiè）能經過摩擦納米發單機收集轉化為（wéi）電能；(b)麵罩靜電吸附的三個過程(i) 空氣中（zhōng）的顆粒（lì）與薄（báo）膜接（jiē）觸(ii) 通過（guò）接觸起電和電荷轉移等方式使得不（bú）帶電的顆粒帶（dài）電，(iii)隨著（zhe）顆粒在（zài）薄膜的進一步深（shēn）入，所有的顆粒都被吸附（fù）。(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單一薄膜的過濾效果的對比；(e)4小（xiǎo）時連續過（guò）濾（lǜ）測試；(f)30天後四（sì）小時連續（xù）過濾測試。

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