福州大学赖跃坤&东华大学覃小红《自然·通讯》：超轻薄双尺度纤维网络，实现舒适、可持续空气过滤

空气中的雾霾严重危害人类生命健康、自然生态环境和全球经济发展，尤其是空气动力学直径低于300 nm的PM_0.3具有传播距离远、高渗透性和易携带各种有害细菌和病毒等特性，多次引起波及全球的传染性呼吸疾病，是最难过滤的悬浮颗粒物。纤维类空气过滤膜的孔径小、比表面积大、孔隙率高、孔道连通性好、易规模化制备，是目前最常见的个体防护材料。然后，现有空气滤料普遍存在纤维直径难以真正纳米化、结构单一、面密度高、膜厚等不足，导致防护性与佩戴舒适性难以兼顾，聚合物原料消耗大、不可持续等突出问题。

近年来，福州大学先进纤维团队一直致力于超浸润材料粘附可控方面研究(Adv. Mater. 2009, 21, 3799; Adv. Mater. 2013, 25, 1682; Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1707415; Adv. Mater. 2019, 31, 1806314; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2200359; Adv. Mater. 2022, 34, 2204581; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2302038; Chem. Soc. Rev. 2023, 52, 473 etc)，并探讨了超浸润性纤维膜材料在多相分离纯化等环境保护方面的工作(Energy & Environ. Sci. 2018, 11, 772; Chem. Eng, J. 2018, 333, 621; ACS Nano 2022, 16, 18018; Environ. Sci. & Technol. 2022, 56, 17288; Green Energy & Environ. 2023, 8, 673; Adv. Fiber Mater. 2023, 5, 1505; J. Membr Sci. 2023, 690, 122217; Matter 2023, 6, 3509; Adv. Sci. 2024, 11, 2305839; Nano Lett. 2024, DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04658)。

近日，福州大学&清源创新实验室赖跃坤教授团队联合东华大学覃小红教授团队创新地提出了一种射流劈裂静电纺丝新技术，宏量制备出超轻薄、高性能、舒适、可持续的双尺度纤维过滤膜材料，为发展新一代高性能、高舒适、可持续空气过滤防护材料提供了思路。相关研究以“Ultrathin, ultralight dual-scale fibrous networks with high-infrared transmittance for high-performance, comfortable and sustainable PM_0.3 filter”为题发表在《Nature Communications》上，文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45833-8。相关研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的大力支持。

（1）制备抗菌的极细纳米纤维高效过滤PM_0.3并杀死致病细菌；

（2）构筑辐射制冷的超薄双尺度纤维膜以平衡防护性和佩戴舒适性（呼吸阻力、透湿性和散热性）；

降低滤料面密度以提升聚合物原料使用的可持续性。

为此，选用红外透明的聚酰胺6作为成纤聚合物；采用两亲性的抗菌电解质通过离子-偶极相互作用调控前驱体稀溶液本征物理属性，以削弱聚合物分子链间相互作用，同时增加高压静电场下聚合物分子链间的静电排斥，促进静电纺丝过程中部分分子链挣脱主射流束缚，劈裂成多股射流，最终通过溶剂竞争发生相分离，形成双尺度纤维膜。

一步静电纺丝法制备的双尺度纤维膜由纳米纤维（平均直径约44 nm）和亚微米纤维（平均直径约159 nm）共同构成。极细的纤维直径和独特的多级结构赋予了滤料较小的孔径（<1 μm），超低的厚度（1.49 μm，仅为单根头发丝的1/55）和面密度（0.57 g/m²，仅为N95核心滤料层的1/35）。此外，由于聚合物纤维超细直径和红外透明的特性，双尺度纤维滤料还具有高达80%的红外透过率，表现出良好的辐射降温能力。抗菌电解质的引入也使得双尺度纤维滤料表现出优异的抗菌性和抗菌耐久性。