近日，我院与中国安全生产科学研究院等国内多家单位开展联合研究，在融合智能健康监测功能的呼吸防护材料与技术领域取得多项研究成果。成果以论文形式发表于中科院一区、TOP期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Journal of Hazardous Materials、 Separation and Purification Technology。
该研究采取“聚乳酸立构复合化+双针纺丝多尺度纤维+表面纳米图案化”相结合的策略，利用纺丝电场下聚乳酸两种手性分子链间的静电诱导立构复合化，同时引入高电活性和高介电性能的银掺二氧化钛异质结，显著促进立构复合化作用，提高纳纤膜的介电常数、原位驻极性能（表面电位高达5.5 kV）和自供电输出性能（电压可达15.3 V）。电纺立构复合化纳米纤维膜实现了立构复合化纤维形态的调控和电活性的提升，表现出优异的长效防护性能（PM2.5效率高达99.4%，连续测试2200 s，150min内仅有0.3%的衰减），并保持理想的低空气阻力（85 L/min流量下仅201.2 Pa）。此外，高介电立构复合化纳纤膜实现了对不同呼吸状态信号的灵敏识别，可通过APP实现对呼吸状态的远程监测，在高性能空气过滤膜材料研发、个体防护装备及健康监测等领域有良好应用前景。
该研究是在我院何新建教授、徐欢副教授共同指导下，与中国安全生产科学研究院张明明主任共同合作完成。第一作者是我校2022级安全工程研究生宋欣译。
该
研究引入了“仿生梯度结构”的概念，将MOF纳米晶作为电活性介质引入，使其在PLA纳米纤维上产生活性外壳，通过改善PLA基NFMs的表面活性和电活性进而能显著提高其过滤性能。结果显示，所制备的梯度结构PLA纳纤膜表面电位可达7.8 kV，同时孔隙率也得到相应改善（85%）。更重要的是，所制备的纳纤膜实现了多种过滤机制，包括增强的物理拦截、极性相互作用和静电吸附（94.3%，163.4 Pa，85 L/min）。在户外的实际应用中，经过长达4小时的长效测试后其去除效率仅下降0.2%（32 L/min），压降维持在较低水平（从52.9 Pa降至53.7 Pa），验证了其耐久性和稳定性。另外，通过该纳纤膜组装的自供电传感模块可通过收集人体在呼吸过程中产生的微小振动能量，并将其转化为电信号，从而实现呼吸监测功能。独特的仿生梯度结构设计有效地结合了呼吸保健和生理监测功能，为PLA基空气过滤防护材料的制造开辟了新的途径。
该研究是在何新建教授和徐欢副教授的共同指导下，与中国安全科学技术研究院张明明主任、扬州大学高杰峰教授共同合作完成。第一作者是我校2022级材料科学与工程研究生朱桂英。
研究提出了一种“内外兼修”策略：有机-无机纳米杂化的技术路线，引入介电材料TiO2和ZIF-8 构建有机-无机纳米杂化体系。通过共电纺丝-电喷雾技术来制备PLA/TIO@ZIF 纳纤膜（NFMs），对于电纺无机TiO2纳米介电质，它可以提供强大的电子捕获能力，并提高摩擦层的表面电荷密度。对于电喷金属有机ZIF-8介电质，可以提供丰富的电荷捕获位点，显著提高PLA NFMs的电活性和介电常数。所制备的PLA/TIO@ZIF NFMs表面电位可达8.5 kV，介电常数高达3.47，同时孔隙率也得到相应改善（91.8%）。与传统PLA纤维膜相比，自供能PLA/TIO@ZIF NFMs具有高电活性，在规律的呼吸振动触发下表现出卓越的TENGs特性。在仿人呼吸振动（32 L/min）的激发条件下，PLA/TIO@ZIF NFMs对PM0.3和PM2.5的过滤效率分别高达96.2%和98.1%，PLA/TIO@ZIF NFMs输出电流高达39.6 nA。另外，通过该PLA/TIO@ZIF NFMs组装的TENGs可通过收集人体在呼吸过程中产生的微小振动能量，并将其转化为电信号，从而实现呼吸监测功能。最后，PLA/TIO@ZIF NFMs具有优异的抗菌特性，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效率均达100%，基于PLA/TIO@ZIF NFMs的TENGs在高性能空气过滤和实时生理监测方面显示出巨大的应用潜力。有机-无机纳米杂化策略有效地结合了呼吸保健和生理监测功能，为环境友好型PLA呼吸防护材料研制开辟了新途径。
该研究是在何新建教授、朱亚波教授和徐欢副教授的共同指导下，与中国安科院张明明主任、四川大学钟淦基教授、扬州大学高杰峰教授共同合作完成。第一作者是我校2022级材料科学与工程研究生杨婷。
