面向高湿PMs滤除和无源生理监测的有机-无机纳米杂化电活性聚乳酸防护膜

摘要

空气中细微颗粒物（PMs）和病毒能攻击人体呼吸系统，导致呼吸功能受损.尽管生物基可降解聚乳酸（PLA）纳米纤维膜在空气净化领域有显著前景，但现有制备方法难以有效同时调控纤维微观结构、膜形态和驻极体性能.本文提出有机-无机纳米杂化复合协同提升策略，采用静电纺丝PLA@TiO₂和电喷雾咪唑酸分子筛框架-8（ZIF-8）纳米电介质相结合的技术路线制备了PLA@TiO₂/ZIF-8（PLA@T/Z）纳米纤维膜，大幅提升了PLA纳米纤维膜的电活性和表面活性，其介电常数和表面电位分别可达3.47和8.5 kV.在10 N和1 Hz接触-分离循环测试中，PLA@T/Z输出电压高达17.9 V，而在仿人呼吸条件下输出电流为32.1 nA.得益于优异的驻极特性和电荷再生能力，PLA@T/Z展现了超高的PM_0.3过滤性能，在空气流速为85 L/min时能滤除90.4%的PM_0.3，而压降仅为175 Pa；在相对环境湿度（RH）为90%时仍能滤除90.8%的PM_0.3（空气流速为32 L/min）.有机-无机纳米杂化复合体系结构的设计拓展了PLA纳米纤维膜在空气净化和自供能呼吸监测等领域的应用前景.

关键词

空气过滤 / 聚乳酸 / 纳纤防护膜 / 有机-无机杂化复合体 / 无源监测

基金资助

国家自然科学基金(批准号：52404195,52003292,52174222); 国家重点研发计划项目(批准号：2024YFC3015003,2023YFC3011704); 北京市教育委员会科研计划项目(批准号：KM202310017002); 国家能源集团科技攻关项目(批准号：E210100285)资助