聂双喜教授团队《Nano Energy》：纤维素摩擦电材料用于自供电医疗产品
2022-08-27 来源：高分子科技
近年来，颗粒物（PMs）造成的空气污染问题日益严峻，用于防止病毒传播和保护人类健康的保健产品，特别是可穿戴智能口罩的需求不断增加。因此，设计一种可佩戴的智能口罩非常重要，它可以在过滤固体颗粒物的同时监测佩戴者的呼吸状态。然而，复杂笨重的设备难以随身携带和实时监测，用户体验不舒适、需要外加电源等因素限制了其在家庭和个人医疗中的广泛应用。同时，PMs容易进入呼吸系统，特别是亚微米颗粒物（直径小于1.0 μm）对公众的危害极大。因此，迫切需要开发一种更简单、更便携的自供电医疗产品，同时具备呼吸监测和颗粒物过滤功能来监测和保护人们的身体健康。
近日，聂双喜教授团队设计了一种透气、高效过滤亚微米颗粒物和具有呼吸监测能力的自供电空气过滤器。首先，在纤维素气凝胶上原位合成导电金属有机骨架（Ni-HITP）制备纤维素气凝胶/Ni-HITP（CA/Ni-HITP）复合材料。然后，将CA/Ni-HITP与PVDF膜构建了呼吸驱动摩擦电纳米发电机（R-TENG），进一步设计了自供电空气过滤器。基于传统的物理过滤机制和静电吸附机制，自供电空气过滤器去除PM1.0、PM0.5和PM0.3的效率分别为98.4%、97.3%和95.0%，同时保持86 Pa较低的压降。所制备的自供电空气过滤器在过滤亚微米颗粒物的同时还可以根据频率和强度的不同实时监测佩戴者的呼吸状态。该自供电空气过滤器在人类健康、自供电医疗产品和大气污染物去除等方面提供了更多潜在应用。该研究成果以题为“Air-permeable cellulosic triboelectric materials for self-powered healthcare products”在《Nano Energy》上发表，第一作者为广西大学轻工与食品工程学院硕士生付秋，聂双喜教授为本论文的通讯作者。
图1. 自供电空气过滤器的应用场景和结构设计
图2. CA/Ni-HITP复合材料的制备与表征
图3. 自供电空气过滤器去除亚微米颗粒物时的效率
图4. 自供电空气过滤器在实时呼吸监测中的应用
原文链接 https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107739
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（责任编辑：xu）
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