如何治理大氣污染,仍然是人類目前面臨的急需解決的問題之一。在霧霾環(huán)境中,有效防護(hù)PM2.5的口罩為N95級,但是體感憋悶,無法長時間佩戴。介于室外除霾和個人防護(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有效措施。同時,還需要消耗大量的能源來保持室內(nèi)的溫度適宜,隨著人們生活水平的提高,這項能耗將持續(xù)增加。因而,開發(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)實意義。
近年來,研究人員提出了多種方案收集過濾室內(nèi)漂浮著的霧霾微粒,凈化個人的居住環(huán)境,例如通過靜電吸附、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挑戰(zhàn)。
近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊發(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)國家實驗室博士生黃蔚然等。
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凈化室內(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%。
這項研究為今后柔性透明智能窗口材料的設(shè)計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)對比照片、循環(huán)使用性能。
該項研究受到國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體、國家自然科學(xué)基金重點項目、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目、中國科學(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)國家研究中心、中國科學(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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