中國(guó)科大研制出用于室內(nèi)霧霾凈化的柔性透明智能窗口材料
如何治理大氣污染，仍然是人類(lèi)目前面臨的急需解決的問(wèn)題之一。在霧霾環(huán)境中，有效防護(hù)PM2.5的口罩為N95級(jí)，但是體感憋悶，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間佩戴。介于室外除霾和個(gè)人防護(hù)之間，室內(nèi)空氣凈化是保證人們健康工作和生活的一項(xiàng)有效措施。同時(shí)，還需要消耗大量的能源來(lái)保持室內(nèi)的溫度適宜，隨著人們生活水平的提高，這項(xiàng)能耗將持續(xù)增加。因而，開(kāi)發(fā)一種智能窗口兼?zhèn)湔{(diào)節(jié)室內(nèi)光線強(qiáng)度和凈化空氣霧霾，將具有非常重要的應(yīng)用和現(xiàn)實(shí)意義。
近年來(lái)，研究人員提出了多種方案收集過(guò)濾室內(nèi)漂浮著的霧霾微粒，凈化個(gè)人的居住環(huán)境，例如通過(guò)靜電吸附、聚合物纖維吸附以及金屬有機(jī)骨架配合物吸附等物理方式。但是所制備的智能窗口價(jià)格昂貴、難以擴(kuò)大生產(chǎn)和可重復(fù)循環(huán)使用。因此，如何制備出超大面積的可重復(fù)使用的柔性透明智能窗口仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種浸染自組裝的方法，以傳統(tǒng)的商業(yè)尼龍網(wǎng)紗（聚酰胺）為基底，成功研制了超大面積的柔性透明智能窗口。研究論文以“Mass-Production of Nanowire-Nylon Flexible Transparent Smart Windows for PM2.5 Capture”為題發(fā)表于Cell出版社新刊iScience上（iScience 2019, 12, 333-341）。論文作者為合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室博士生黃蔚然等。
研究人員在20分鐘內(nèi)即可制備約7.5平方米的銀納米線-尼龍智能窗口（花費(fèi)約100元），這種柔性透明智能窗口不僅能夠和熱致變色染料相結(jié)合改變室內(nèi)的光照強(qiáng)度，還能夠作為高效的霧霾收集器用以?xún)艋覂?nèi)的空氣質(zhì)量。其中，空氣凈化效率最高可以達(dá)到99.65%，并且能夠在50 秒內(nèi)將空氣中的PM2.5的濃度從嚴(yán)重污染的程度（248 μg·m-3）降至空氣優(yōu)良狀態(tài)（32.9 μg·m-3）。而制備得到的銀線-尼龍智能窗口在霧霾收集之后，只需要簡(jiǎn)單地浸泡在乙醇中20 分鐘，就可以清洗干凈并再次使用，即使經(jīng)過(guò)上百次的可重復(fù)循環(huán)，其凈化效率依然可以保持穩(wěn)定。研究結(jié)果表明，在邊長(zhǎng)達(dá)0.5 米的立方空間中，使用這種銀納米線-尼龍智能窗口，其霧霾收集效率依然可以達(dá)到99.48%。
這項(xiàng)研究為今后柔性透明智能窗口材料的設(shè)計(jì)和制備提供了一種新的策略。
圖1.基于浸染組裝技術(shù)得到的超大面積柔性透明電極的制備示意圖、成品光學(xué)照片和微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡（SEM）照片。
圖2.熱致變色智能窗口的變色性能； 超大窗口霧霾收集的原理示意圖、過(guò)濾性能曲線以及重復(fù)循環(huán)使用前后的微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡（SEM）對(duì)比照片、循環(huán)使用性能。
該項(xiàng)研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院納米科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、合肥大科學(xué)中心卓越用戶(hù)基金的資助。
附論文鏈接：
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(19)30014-8
(合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、中國(guó)科學(xué)院納米科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、科研部)
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