聶雙喜教授團隊《Nano Energy》：纖維素摩擦電材料用于自供電醫(yī)療產(chǎn)品
2022-08-27 來源：高分子科技
近年來，顆粒物（PMs）造成的空氣污染問題日益嚴(yán)峻，用于防止病毒傳播和保護(hù)人類健康的保健產(chǎn)品，特別是可穿戴智能口罩的需求不斷增加。因此，設(shè)計一種可佩戴的智能口罩非常重要，它可以在過濾固體顆粒物的同時監(jiān)測佩戴者的呼吸狀態(tài)。然而，復(fù)雜笨重的設(shè)備難以隨身攜帶和實時監(jiān)測，用戶體驗不舒適、需要外加電源等因素限制了其在家庭和個人醫(yī)療中的廣泛應(yīng)用。同時，PMs容易進(jìn)入呼吸系統(tǒng)，特別是亞微米顆粒物（直徑小于1.0 μm）對公眾的危害極大。因此，迫切需要開發(fā)一種更簡單、更便攜的自供電醫(yī)療產(chǎn)品，同時具備呼吸監(jiān)測和顆粒物過濾功能來監(jiān)測和保護(hù)人們的身體健康。
近日，聶雙喜教授團隊設(shè)計了一種透氣、高效過濾亞微米顆粒物和具有呼吸監(jiān)測能力的自供電空氣過濾器。首先，在纖維素氣凝膠上原位合成導(dǎo)電金屬有機骨架（Ni-HITP）制備纖維素氣凝膠/Ni-HITP（CA/Ni-HITP）復(fù)合材料。然后，將CA/Ni-HITP與PVDF膜構(gòu)建了呼吸驅(qū)動摩擦電納米發(fā)電機（R-TENG），進(jìn)一步設(shè)計了自供電空氣過濾器。基于傳統(tǒng)的物理過濾機制和靜電吸附機制，自供電空氣過濾器去除PM1.0、PM0.5和PM0.3的效率分別為98.4%、97.3%和95.0%，同時保持86 Pa較低的壓降。所制備的自供電空氣過濾器在過濾亞微米顆粒物的同時還可以根據(jù)頻率和強度的不同實時監(jiān)測佩戴者的呼吸狀態(tài)。該自供電空氣過濾器在人類健康、自供電醫(yī)療產(chǎn)品和大氣污染物去除等方面提供了更多潛在應(yīng)用。該研究成果以題為“Air-permeable cellulosic triboelectric materials for self-powered healthcare products”在《Nano Energy》上發(fā)表，第一作者為廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院碩士生付秋，聶雙喜教授為本論文的通訊作者。
圖1. 自供電空氣過濾器的應(yīng)用場景和結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖2. CA/Ni-HITP復(fù)合材料的制備與表征
圖3. 自供電空氣過濾器去除亞微米顆粒物時的效率
圖4. 自供電空氣過濾器在實時呼吸監(jiān)測中的應(yīng)用
原文鏈接 https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107739
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