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中国科大研制出用于室内雾霾净化的柔性透明智能窗口材料
    

如何治理大气污染,仍然是人类目前面临的急需解决的问题之一。在雾霾环境中,有效防护PM2.5的口罩为N95级,但是体感憋闷,无法长时间佩戴。介于室外除霾和个人防护之间,室内空气净化是保证人们健康工作和生活的一项有效措施。同时,保持室内的温度适宜需要消耗大量的能源来,随着人们生活水平的提高,这项能耗将持续增加。因而,开发一种智能窗口兼备调节室内光线强度和净化空气雾霾,具有非常重要的现实意义。


近年来,研究人员提出了多种方案收集过滤室内漂浮着的雾霾微粒,净化个人的居住环境,例如通过静电吸附、聚合物纤维吸附以及金属有机骨架配合物吸附等物理方式。但是所制备的智能窗口价格昂贵、难以扩大生产和可重复循环使用。因此,如何制备出超大面积的可重复使用的柔性透明智能窗口仍然是一个挑战。


近日,中国科学技术大学俞书宏教授领导的团队发展了一种浸染自组装的方法,以传统的商业尼龙网纱(聚酰胺)为基底,成功研制了超大面积的柔性透明智能窗口。研究论文以“Mass-Production of Nanowire-Nylon Flexible Transparent Smart Windows for PM2.5 Capture”为题,发表于Cell出版社新刊iScience上(iScience 2019, 12, 333-341)。论文作者为合肥微尺度物质科学国家研究中心博士生黄蔚然等。


研究人员在20分钟内即可制备约7.5平方米的银纳米线-尼龙智能窗口(花费约100元),这种柔性透明智能窗口不仅能够和热致变色染料相结合改变室内的光照强度,还能够作为高效的雾霾收集器用以净化室内的空气质量。其中,空气净化效率最高可以达到99.65%,并且能够在50秒内将空气中的PM2.5的浓度从严重污染的程度(248 μg·m-3)降至优良状态(32.9 μg·m-3)。而制备得到的银线-尼龙智能窗口在雾霾收集之后,只需要简单地浸泡在乙醇中20 分钟,就可以清洗干净并再次使用,即使经过上百次的可重复循环,其净化效率依然可以保持稳定。研究结果表明,在边长达0.5 米的立方空间中,使用这种银纳米线-尼龙智能窗口,其雾霾收集效率依然可以达到99.48%。


这项研究为今后柔性透明智能窗口材料的设计和制备提供了一种新的策略。


图1. 基于浸染组装技术得到的超大面积柔性透明电极的制备示意图、成品光学照片和微观结构的扫描电镜(SEM)照片


图2. 热致变色智能窗口的变色性能;超大窗口雾霾收集的原理示意图、过滤性能曲线以及重复循环使用前后的微观结构的扫描电镜(SEM)对比照片、循环使用性能


该项研究受到国家自然科学基金委创新研究群体、国家自然科学基金重点项目、中国科学院前沿科学重点研究项目、中国科学院纳米科学卓越创新中心、苏州纳米科技协同创新中心、合肥大科学中心卓越用户基金的资助。


附论文链接:

https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(19)30014-8


 (合肥微尺度物质科学国家研究中心、中国科学院纳米科学卓越创新中心、苏州纳米科技协同创新中心、科研部)


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